一种球床式高温气冷堆燃料球流动混流预测方法及系统与流程

本发明涉及核反应堆燃料球流动，尤其涉及一种球床式高温气冷堆燃料球流动混流预测方法及系统。

背景技术：

1、球床式高温气冷堆采用燃料球连续装卸的运行方式，装料管穿过压力容器顶盖进入压力容器内，通过反射层上部，从堆芯上部将燃料元件装入堆芯，燃料球在堆芯球床内自上向下流动，由堆芯底部通道进入的卸料管。

2、在反应堆运行期间，成千上万个燃料球连续不断地循环，一个完整的燃料循环，认为一个区域中的球完全沿着通道流入下游区域，从所有通道底层出来的球被一批一批地结合在一起，用新的燃料球替换部分旧的燃料球，然后再循环到球床的顶层。燃料球在堆芯内的流动规律无法探测，且燃料球在堆芯内的流动又具有随机性,一个燃料球沿着流道运动时会存在扰动,偏离流道,进入别的流道,即存在混流的现象。为了获得堆芯不同位置球的流动速度和路线，可利用已知实验或现有数值模拟数据产生通道内燃料球的流动路线，然后通过插值计算获得所有通道流动路线。但目前的主流计算程序如vsop，没有模拟堆芯内部燃料球在流道间的交换流动，且交换过程缺乏质量传递，不能对真实流动情况进行精确模拟从而导致计算结果产生误差。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。因此，本发明提供了一种球床式高温气冷堆燃料球流动混流预测方法，用来解决实际问题中，燃料球球流通道的交换过程缺乏质量传递和不能准确模拟流动计算结果的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明提供了一种球床式高温气冷堆燃料球流动混流预测方法，包括：

5、采集球床数据和气体流动数据，建立堆芯燃料球球流模型；

6、通过所述模型确定燃料球流道和其相邻流道之间的比例，建立球流比例模型；

7、使用扩散方程算法对所述球流比例模型中存在的燃料球混流效应进行模拟计算；

8、将所述模拟计算产生的结果返回至球流比例模型的输出结果集中，并对所述结果集进行预测。

9、作为本发明所述的球床式高温气冷堆燃料球流动混流预测方法的一种优选方案，其中：所述采集球床数据和气体流动数据，建立堆芯燃料球球流模型，包括：

10、测量燃料球球体的几何形状和球体自身属性参数，收集气体在球流模型中的流动方向以及流动行为特征；

11、对球流流道进行分类，分为边缘流道和非边缘流道；对于非边缘流道设定左混流及右混流比例，边缘流道仅设定非边缘流道混流比例。

12、作为本发明所述的球床式高温气冷堆燃料球流动混流预测方法的一种优选方案，其中：通过所述模型确定燃料球流道和其相邻流道之间的比例，建立球流比例模型，包括：

13、球体流径向分为多个流道，其中每个流道在轴向划分多个网格区域，使用不同网格区域中的流道表示实际通过堆芯不同次数的燃料球；

14、同时，将堆芯燃料球球流模型中的实验数据以及模型中自带的高温气冷堆模拟程序中的球流数据进行模拟，并查找模拟结果的燃料球球流的最大通道宽度和不同网格区域中的每个流道的燃料球相邻流道混流比例。

15、作为本发明所述的球床式高温气冷堆燃料球流动混流预测方法的一种优选方案，其中：还包括：

16、定义直流比例为燃料球在堆芯流动过程中从该流道的该区域到下一区域的同一流道流入的比例；定义混流比例为燃料球在堆芯流动过程中从该流道的该区域向下一区域的相邻流道流入的比例；

17、将查找到的不同网格区域中的每个流道的燃料球相邻流道混流比例，与边缘流道和非边缘流道的混流比例进行对比。

18、作为本发明所述的球床式高温气冷堆燃料球流动混流预测方法的一种优选方案，其中：将查找到的不同网格区域中的每个流道的燃料球相邻流道混流比例，与边缘流道和非边缘流道的混流比例进行对比，包括：

19、假设堆芯流道数为e，在轴向共划分为k个区域，对应的直流比例为a_s、b_s、c_s、d_s、e_s；左混流比例为b_l、c_l、d_l、e_l；右混流比例为a_r、b_r、c_r、d_r；各流道每个区域的体积为v1、v2、……、vm；并建立各参数之间的关系。

20、作为本发明所述的球床式高温气冷堆燃料球流动混流预测方法的一种优选方案，其中：使用扩散方程算法对所述球流比例模型中存在的燃料球混流效应进行模拟计算，包括：

21、根据质量守恒和浓度梯度扩散原理，建立扩散方程算法公式表示为：

22、

23、其中，v(x)表示为x空间坐标下的v扩散函数，μ表示为燃料球产生的气体浓度值，t表示为时间，f(·)表示为质量函数；n表示为燃料球混流效应的多种可能性。

24、作为本发明所述的球床式高温气冷堆燃料球流动混流预测方法的一种优选方案，其中：将所述模拟计算产生的结果返回至球流比例模型的输出结果集中，并对所述结果集进行预测，包括：

25、对所述模拟计算结果进行整理和格式化存储在球流比例模型的输出结果集中；将所述输出结果集作为输入参数集合，使用机器学习模型方法或设备程序对其进行预测，得到燃料球球流在堆芯内分布的混流流动预测结果。

26、第二方面，本发明提供了球床式高温气冷堆燃料球流动混流预测系统，其包括：

27、堆芯燃料球球流模型建立模块，用于采集球床数据和气体流动数据，建立堆芯燃料球球流模型；

28、球流比例模型建立模块，通过堆芯燃料球球流模型确定燃料球流道和其相邻流道之间的比例，建立球流比例模型；

29、燃料球混流效应计算模块，使用扩散方程算法对所述球流比例模型中存在的燃料球混流效应进行模拟计算；

30、燃料球流动混流预测模块，将模拟计算产生的结果返回至球流比例模型的输出结果集中，并对结果集进行预测。

31、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的任一步骤。

32、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的任一步骤。

33、与现有技术相比，发明有益效果为：本发明通过采集球床数据和气体流动数据，建立堆芯燃料球球流模型；通过堆芯燃料球球流模型确定燃料球流道和其相邻流道之间的比例，建立球流比例模型；使用扩散方程算法对球流比例模型中存在的燃料球混流效应进行模拟计算；将模拟计算产生的结果返回至球流比例模型的输出结果集中，并对结果集进行预测；本发明通过建立球流比例模型解决了计算模拟流动不准确的问题，提高了模拟计算的准确性，并基于扩散方程算法对球流比例模型进行混流效应的模拟计算解决了燃料球球流通道的交换过程缺乏质量传递的问题。