一种铅铋流体注气后流量震荡的可视化分析方法与流程

本发明属于核能发电和反应堆安全分析领域，具体涉及领域为铅铋流体注入不同气体后在不同温度下热物性和流量震荡的分析。

背景技术：
铅铋合金这种特殊的材料，其物理化学性质方面存在诸多较以往普通堆型冷却剂的不同之处，开展铅铋合金的热工水力分析研究十分必要，铅铋合金的物理化学性质方面有着许多特殊之处，它具有沸点高，熔点低的特点，同时还有着良好的中子学特性、抗辐照和传热性能好等优点。铅铋自然循环的一种形式是注入气体，气体的充入主要是为了提高自然循环的能力，称为冷循环。作为重要的冷却材料，它的热工水力特性对于所建造的实验台架或者是堆芯都有十分重要，这可以保证其热量的正常导出。而冷却剂的流量震荡一方面会影响传热的可靠性，另一方面可能会使加热段出现热疲劳，从而影响它的使用寿命，对系统不利。现在世界各国对此进行研究的国家还不是很多，只有个别几个国家有实力搭建完整的试验台架进行研究。国内的起步比较晚，这些机构的研究主要是通过已经建立好的实验台架进行铅铋自然循环的实验研究，通过实验研究自然循环流量、传热等方面的特征。2002年P.agostini等对一维的铅铋自然循环进行了实验；2011年G.Coccoluto等对NAICE回路注入氩气研究了铅铋自然循环流量；2011年A.V.Besnosov等对高温下的铅和铅铋流体的速 度场和温度场进行了实验研究。现阶段国内ADS正处于起步阶段，对铅铋换热的研究较少，华北电力大学核热工安全级标准化研究所的邹文重对铅铋注气后的流动换热进行了研究；苏子威研究了铅铋的热分层现象；中国科学院合肥核能安全技术研究所重点研究了铅铋合金材料的腐蚀性问题。目前，国内外涉及热工水力安全的铅铋自然循环流量震荡的研究非常少，也尚未形成一种分析方法。因此在不同温度下对铅铋流体注气后，研究其自然循环流量震荡的可视化分析方法十分必要。现有的期刊文件中，在电力学报2013年第28卷第4期中公开的文章编号为1005-6548(2013)04-0336-05的期刊，该期刊名称为液态铅铋合金热物性程序开发研究，该期刊中公开了物性计算程序，然而改程序知识简单的叙述了热物性的计算过程，并无深入的研究热物性的计算，该期刊也没有系统的对铅铋合金注气后产生的流量震荡现象进行研究。

技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：通过使用通过测量装置和双管循环装置完成对铅铋流体注气后流量震荡的计算和分析，使得铅铋流体注气后流量震荡的计算和分析过程便捷，流程化。本发明的目的在于提供以下方面：第一方面、一种铅铋流体注气后流量震荡的可视化分析方法，其特征在于：该方法通过测量装置和双管循环装置共同完成，所述测量装置包括：初始化模块，其接收双管循环装置的温度值，并将温度值传递到数值计算模块，数值计算模块，其接收初始化模块传递的温度值，并根据 温度值计算出铅铋合金在该温度下的热物性参数，并将热物性参数传递到输出模块，输出模块，其接收数值计算模块传递的热物性参数并将其输出CFD计算模型该方法包括：(1)对双管循环装置进行网格划分，设定CFD计算模型的求解顺序，并设定收敛控制准则；(2)双管循环装置中注入铅铋合金，分别对铅铋合金中注入不同量的氦气或氩气，然后根据测量装置计算不同温度下的热物性参数；(3)按照设定的求解顺序，列出求解方程，根据铅铋合金的自然对流特性，选定换热系数等参数的计算模型，通过迭代循环的方式，对其进行载荷数据的计算与传递；(4)利用CFD软件将数据信息转化为图像信息，将其直观的显示出来。第二方面、如上述第一方面所述的一种铅铋流体注气后流量震荡的可视化分析方法，其特征在于：步骤(1)中求解的热物性参数包括密度、比热容、热导率、动力粘度、运动粘度。第三方面、如上述第一方面所述的一种铅铋流体注气后流量震荡的可视化分析方法，其特征在于：双管循环装置包括：预冷段1，其中流通热介质的管路一端通过上升管道2与双管加热段3顶部相连，管体另一端通过下降管道4与冷却段5中流体热介质的管体顶端相连通；冷却段5，其中流通热介质的管体顶端与下降管道4相连通，其另一端通过第一管路6与预热段7相连通；预热段7，其一端通过第一管路6与冷却段5相连通，其另一端通过第二管路8双管加热段3底部相连，双管加热段3，其包括电加热管3c，电加热管3c底部与下联 箱3b的上部相连，电加热管3c顶部与上联箱3a底部相连；上联箱3a的上部与上升管道2远离预冷段1的一端相连，下联箱3b的底部与第二管路8远离预热段7的一端相连；其中，第二管路8上设置注气口9，铅铋合金依次流过预热段、双管加热段、预冷段、冷却段后流回到预热段。第四方面、如上述第三方面所述的一种铅铋流体注气后流量震荡的可视化分析方法，其特征在于：上升管道2、下降管道4、第一管路6和第一管路8均采用外径32mm，内径25mm的钢管。第五方面、如上述第三方面所述的一种铅铋流体注气后流量震荡的可视化分析方法，其特征在于：预热段的加热功率为6KW，和\或双管加热段的加热功率为7KW-15KW。本发明具有如下有益效果：第一、本发明通过使用通过测量装置对铅铋合金热物性进行计算，提高了计算的效率、节省了计算时间；第二、本发明使用双管循环装置，使得热物性的研究更贴近实际，符合现实的状况，不仅仅包括数据演算，还包括真实的计算；第三、通过调用CFD内置相关程序将数据新号转换为图像信号，直观、具体的将结果显示在屏幕上，计算完成之后，保存并进行后处理，结合流体力学的知识，对其完成流量振荡的分析，使得对铅铋流体注气后流量震荡能够直观的展示出来。附图说明图1示出根据本发明优选实施方式的一种铅铋流体注气后流量震荡的可视化分析方法的流程图；图2示出根据本发明优选实施方式的一种铅铋流体注气后流量震荡的可视化分析方法中双管循环装置的结构示意图；图3示出根据本发明优选实施方式的一种铅铋流体注气后流量震荡的可视化分析方法中测量装置的工作流程图。附图标号说明：1-预冷段2-上升管道3-双管加热段3a-上联箱3b-下联箱3c-电加热管4-下降管道5-冷却段6-第一管路7-预热段8-第二管路9-注气口具体实施方式下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。在根据本发明一个优选实施方式中，如图1-3中所示，提供 一种铅铋流体注气后流量震荡的可视化分析方法，该方法通过测量装置和双管循环装置完成对铅铋流体注气后流量震荡的计算和分析。在一个优选的实施方式中，如图3中所示，测量装置通过输入双管热段出口的温度值计算出该温度值相对应的热物性参数，并将该热物性参数传递到CFD软件，热物性参数包括密度、比热容、热导率、动力粘度、运动粘度。其中，测量装置中的数值计算模块根据铅铋合金温度值计算出铅铋合金的热物性参数，其中，(1)对于铅铋合金密度的计算根据如下公式ρ＝11096-1.3236·T公式的使用范围是400K-1273K。其中，ρ表示密度，单位是kg/m3；T表示温度，单位是K。(2)对于铅铋合金比热容的计算根据如下公式C＝159-2.72×10-2·T+7.12×10-6·T2公式的使用范围是400K-1273K。其中，C是比热容，单位是J/(kg·K)；T表示温度，单位是K。(3)对于铅铋合金热导率的计算根据如下公式λ＝3.61+1.517×10-2·T-1.741×10-6·T2公式的使用范围是400K-1273K。其中，λ是热导率，单位是W/(m·K)；T表示温度，单位是K。(4)对于铅铋合金动力粘度的计算根据如下公式公式的使用范围是400K-1273K。其中，η是动力粘度，单位是Pa；T表示温度，单位是K。(5)对于运动粘度的计算公式如下：其中，η是动力粘度，单位是Pa；ρ是密度，单位是kg/m3；ν是运动粘度，单位是m2/s。(6)对于换热系数h的表达式如下：式中，h是换热系数，单位是W/(m2·K)；λ是热导率，单位是W/(m·K)；d是管道当量直径，单位是m；Nu是努赛尔数。(7)对于铅铋合金的传热公式。Nu＝A+0.014Pe0.8其中，Nu是努赛尔数；Pr是普朗特数。得出Prt的关系式如下：其中，Prt是湍流普朗特数；Pe是贝克莱数。其中上述(1)-(7)根据刘梦影.铅铋合金自然循环流动传热研究[D].北京:华北电力大学,2013.在一个优选的实施方式中，如图2所示，双管循环装置用于完成对铅铋合金循环流动状态进行模拟，通过双管循环装置可以更加真实的模拟出铅铋合金在不同温度下的流量震荡情况，所述双管循环装置包括预热段、双管加热段、预冷段、冷却段；其中，预热段用于对装置内的铅铋合金进行预热，以便于使得铅铋合金达到自然循环上升的最低温度，所述预热段并无特殊限制，可以加热炉或加热网，其中，双管加热段用于对铅铋合金进行加热，使得铅铋合金完成自然循环的上升阶段，双管加热段并无特殊限制，可以为由加热段和加热段外壁上设置的热电偶组成，其中，所述预冷段和冷却段用于为铅铋合金进行冷却已完成铅铋合金的自然循环，所述预冷段和冷却段并无特殊限制，可以为常规的冷却器。在一个优选的实施方式中，本发明在双管循环装置内装有铅铋合金，通过CFD软件测量出双管循环装置内铅铋合金注气后的温度值；根据接收的温度值利用自编的程序计算出铅铋合金的热物性参数；利用CFD软件划分双管模型的网格，设定好相应的边界条件，按要求输入物性参数，然后进行计算。最后CFD软件将流量震荡情况进行展示。本发明具有如下有益效果：第一、本发明通过使用通过测量装置对铅铋合金热物性进行计算，提高了计算的效率、节省了计算时间；第二、本发明使用双管循环装置，使得热物性的研究更贴近实际，符合现实的状况，不再是数据演算；第三、通过调用CFD内置相关程序将数据新号转换为图像信号，直观、具体的将结果显示在屏幕上，计算完成之后，保存并进行后处理，结合流体力学的知识，对其完成流量振荡的分析，使得对铅铋流体注气后流量震荡能够直观的展示出来。以上结合具体实施方案对本发明进行了说明。不过，这些实施方案仅是说明性的，其对本发明的保护范围并不构成任何限制。本领域技术人员理解，在不超出或偏离本发明保护范围的情况下，本发明的技术方案及其实施方式有多种修饰、改进或等价物，这些均应落入本发明的保护范围内。