CN103440889B - 非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，包括如下步骤：（1）将安全壳系统分为破口热源、安全壳内气相空间热阱、内部固体热阱、钢壳热阱、导流板热阱和屏蔽厂房热阱；（2）对所述破口热源、安全壳内气相空间热阱、内部固体热阱、钢壳热阱、导流板热阱和屏蔽厂房热阱的传热传质过程进行分析，并计算各个部分的传输质量比例群和能量比例群。本发明适用于AP600、AP1000和CAP1400等非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析，可以评价任一时刻下多种传热传质过程对安全壳系统热移出能力的贡献。

Description

非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法

技术领域

本发明涉及核电厂安全壳响应分析领域，尤其涉及一种非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法。

背景技术

核电厂的安全性和可靠性十分重要，安全壳及其支持系统是反应堆和环境之间的实体屏障，它在事故情况下起着阻止或缓解放射性物质向环境释放的作用。

非能动安全壳冷却系统（PCS）是第三代大型先进压水堆——非能动安全系统的重要组成部分，也是先进压水堆的重要技术特征之一。PCS用于移出安全壳内热量，其本质特征在于仅依靠重力和自然循环的作用，结合蒸汽在安全壳内壁冷凝形成液膜和安全壳外壁水膜蒸发等传热传质过程，持续可靠地移出安全壳热量，维持安全壳完整性，防止放射性物质不可控地释放至外界环境。

在PCS热移出过程中，涉及到多种热阱（比如：安全壳内固体热阱、钢制安全壳热阱等）的多种传热传质现象（比如：蒸发、冷凝、对流、辐射和热阱储热等）。通过对现有文献资料的调研表明：目前PCS研究多集中在DBA事故后安全壳压力响应分析方面，而以具体的热阱和PCS现象为研究对象，直观地量化具体热阱热移出能力的研究几乎没有。

此外，安全壳系统热移出过程的比例分析方法是联系非能动核电厂和试验台架的“桥梁”，可用于指导试验台架的设计以及系统评价试验台架模拟非能动核电厂的逼真度。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种安全壳系统热移出过程中的比例分析方法，用于直观地量化传热传质过程对非能动安全壳系统热移出能力的贡献，进一步用于指导和评价试验台架的设计。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提出了一种非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，从机理上分析AP600，AP1000和CAP1400等非能动安全壳系统的传热传质过程，并以比例的形式（π群）量化传热传质过程对安全壳系统热移出能力的贡献。

为实现上述目的，本发明提供了一种非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，包括如下步骤：

a）将安全壳系统的热阱分为破口热源、安全壳内气相空间热阱、内部固体热阱、钢壳热阱、导流板热阱和屏蔽厂房热阱；

b）确定破口热源、安全壳内气相空间热阱、内部固体热阱、钢壳热阱、导流板热阱和屏蔽厂房热阱的传热传质过程，计算破口热源、安全壳内气相空间热阱、内部固体热阱、钢壳热阱、导流板热阱和屏蔽厂房热阱的传输质量比例群，以及计算破口热源、安全壳内气相空间热阱、内部固体热阱、钢壳热阱、导流板热阱和屏蔽厂房热阱的传输能量比例群。

进一步地，其中，步骤b）中破口热源的传热传质过程包括：发生设计基准事故后，蒸汽注入安全壳内；

破口热源的质量比例群和能量比例群的计算过程为：设定破口热源传输质量和传输能量的能力为1，即破口源的传输质量和能量比例均为1。

进一步地，步骤b）中安全壳内气相空间热阱的传热传质过程包括：

设定发生设计基准事故前，安全壳内气相空间热阱中的气体为空气；

设定发生设计基准事故后，安全壳内气相空间热阱中的气体为空气和蒸汽，空气和蒸汽处于准热力学平衡态；

步骤b）中对安全壳内气相空间热阱的质量比例群和能量比例群的计算过程包括：

根据发生设计基准事故前的安全壳内气相空间热阱的气体初始温度和初始压力以及发生设计基准事故后的安全壳内气相空间热阱的气体压力计算得到发生设计基准事故后的安全壳内气相空间热阱的气体的温度、气相密度和气相内能；

根据气相密度和气相内能计算安全壳内气相空间热阱的传输质量比例群和传输能量比例群。

进一步地，根据发生设计基准事故前的安全壳内气相空间热阱的气体的初始温度和初始压力以及发生设计基准事故后的安全壳内气相空间热阱的气体压力计算得到发生设计基准事故后的安全壳内气相空间热阱的气体的温度、气相密度和气相内能的过程包括：

步骤（201）获得设计基准事故前的安全壳气相空间热阱中的气体的初始温度T₀和初始压力P₀；

步骤（202）假设设计基准事故后的安全壳气相空间热阱中的气体的温度为T’；

步骤（203）根据气体状态方程和步骤（201）的安全壳气相空间热阱中的气体的初始温度T₀和初始压力P₀，确定步骤（202）的设计基准事故后的安全壳气相空间热阱中的空气的压力P_air；

步骤（204）获得设计基准事故后的安全壳气相空间热阱的气体的总压P；

步骤（205）根据步骤（203）的空气的压力P_air和步骤（204）的气体的总压P，计算设计基准事故后的安全壳气相空间热阱中的蒸汽的分压P_stm=P-P_air；

步骤（206）根据步骤（205）的蒸汽的分压P_stm，查饱和水蒸气表，确定设计基准事故后的安全壳气相空间热阱中的气体的温度T；

步骤（207）判断温度T和假设的温度T’是否相同；如果温度T和温度T’相差很小，则温度T为安全壳气相空间热阱中的气体的温度；如果温度T和温度T’相差较大，则令T’=T，重新进行迭代计算；

步骤（208）根据步骤（207），确定设计基准事故后的安全壳气相空间的气体的温度T；

步骤（209）在设计基准事故后，根据步骤（208）确定的安全壳气相空间热阱的气体的温度T和气体的总压P，结合饱和水蒸汽表确定安全壳气相空间热阱的气相密度和气相内能。

进一步地，步骤b）中内部固体热阱的传热传质过程包括：

查找所有的内部固体热阱、并进行编号；

将已经编号的内部固体热阱分为钢板子热阱、混凝土子热阱或钢模块墙子热阱；

对钢板子热阱、混凝土子热阱或钢模块墙子热阱进行一维网格离散；

采用一维非稳态导热的数值方法确定钢板子热阱、混凝土子热阱或钢模块墙子热阱的温度场；

步骤b）中对内部固体热阱的质量比例群和能量比例群的计算过程包括：根据确定的钢板子热阱、混凝土子热阱或钢模块墙子热阱的温度场，分别确定钢板子热阱、混凝土子热阱或钢模块墙子热阱的传输质量比例群和传输能量比例群。

进一步地，钢板子热阱为纯钢固体；混凝土子热阱为纯混泥土固体；钢模块墙子热阱为单面或两面衬有钢板、中间混凝土层的固体。

进一步地，步骤b）中确定钢壳热阱的传热传质过程包括：

将钢壳热阱分为蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱；

对蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱进行一维网格离散；

采用一维非稳态导热的数值方法确定蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱的温度场；

步骤b）中对钢壳热阱的质量比例群和能量比例群的计算过程包括：根据确定的蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱的温度场，分别确定蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱的传输质量比例群和传输能量比例群。

进一步地，步骤b）中对屏蔽厂房热阱的传热传质过程包括：

屏蔽厂房热阱沿气体流动方向，分为筒身子热阱、屋顶子热阱和烟囱子热阱。

采用一维非稳态导热的数值方法确定筒身子热阱、屋顶子热阱和烟囱子热阱的温度场；

步骤b）中对屏蔽厂房热阱的质量比例群和能量比例群的计算过程包括：根据确定的筒身子热阱、屋顶子热阱和烟囱子热阱的温度场，分别确定筒身子热阱、屋顶子热阱和烟囱在热阱的传输质量比例群和传输能量比例群。

进一步地，步骤b）中对导流板热阱的传热传质过程包括：

设定导流板热阱和钢壳热阱组成环腔上升段，导流板热阱和屏蔽厂房筒身子热阱组成环腔下降段；

钢制安全壳的干壁区子热阱以辐射传热方式将热量传输至导流板；钢制安全壳的蒸发区子热阱水膜以辐射传热方式将热量传输至导流板；导流板以辐射传热方式将热量传输至屏蔽厂房的筒身子热阱；导流板以对流传热方式将热量传输至环腔上升段；导流板以对流传热方式将热量传输至环腔和下降段；环腔上升段蒸汽以冷凝方式将热量传输至导流板。

步骤b）中对屏蔽厂房热阱的质量比例群和能量比例群的计算过程包括：

采用集总参数法，根据能量守恒方程，确定导流板热阱的温度和对流、蒸发、辐射换热量；

根据确定的导流板热阱的温度和对流、蒸发、辐射换热量，分别确定导热板热阱的传输质量比例群和传输能量比例群。

在本发明中，具体所涉及到的安全壳系统热移出过程的比例分析包括破口源比例分析、安全壳内气相比例分析、安全壳内固体热阱比例分析、钢制安全壳热阱比例分析、导流板热阱比例分析和屏蔽厂房热阱比例分析六部分。钢制安全壳热阱比例分析包括钢制安全壳的干壁区子热阱比例分析、钢制安全壳的过冷区子热阱热阱比例分析、钢制安全壳的蒸发区子热阱比例分析；屏蔽厂房热阱包括烟囱子热阱比例分析、屋顶子热阱比例分析、筒身子热阱比例分析。其中，钢制安全壳的干壁区子热阱比例分析、钢制安全壳的蒸发区子热阱比例分析、导流板热阱比例分析、烟囱子热阱比例分析、屋顶子热阱比例分析、筒身子热阱比例分析还包括环腔空气流动和传热分析。

本发明还针对上述安全壳系统热移出过程，给出了非能动核电厂安全壳系统发生设计基准事故（DBA）事故后，模拟安全壳系统热移出过程比例分析的简化模型，该模型的特征如下：

安全壳内空间为一个控制容积

模拟蒸汽释放源

模拟气相空间的储热/释热过程

模拟蒸汽在内部热阱壁面的传热传质过程

模拟内部热阱的储热/释热和温升/温降过程

模拟钢制安全壳内壁面冷凝、对流、辐射传热传质过程

模拟钢制安全壳外壁面蒸发、对流、辐射传热传质过程

模拟钢制安全壳的储热/释热和温升/温降过程

模拟导流板热阱的冷凝、对流、辐射传热传质过程

模拟导流板热阱的储热/释热和温升/温降过程

模拟屏蔽厂房热阱的冷凝、对流、辐射传热传质过程

模拟屏蔽厂房热阱的储热/释热和温升/温降过程

模拟环腔流体的流动特性

进一步，对于上述非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，建立度量传热传质过程的质量比例群和能量比例群表达式，并以比例的形式（π群）量化传热传质过程对安全壳系统热移出能力的贡献。包括：

（1）质量比例群

定义通过蒸汽从破口进入安全壳的方式传输质量的能力为1，即：

π_m,brk=1

通过蒸汽储存在气相空间的方式传输质量的能力为：

${\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{\τ}}=\frac{\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}_{g,\mathrm{brk}}}$

其中ρ为安全壳内气相密度，ρ_g,brk为破口处蒸汽的密度。

通过蒸汽在热阱壁面冷凝的方式传输质量的能力为：

${\mathrm{\π}}_{m,j}=\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{stm},j}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}}$

其中为破口处蒸汽的质量流量，为蒸汽在热阱壁面的冷凝质量流量。

（2）能量比例群

定义通过蒸汽从破口进入安全壳的方式传输能量的能力为1，即：

π_e,brk=1

通过蒸汽储存在气相空间的方式传输能量的能力为：

${\mathrm{\π}}_{e,\mathrm{\τ}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{\τ}}\frac{u_g-u_{f,T_0}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

其中u_g为安全壳气相内能，h_g,brk为破口处蒸汽焓值，u_f,T0和h_f,T0为初始温度T₀对应的液态水内能和焓值。

通过蒸汽冷凝后传给热阱热量的方式传输能量的能力为：

${\mathrm{\π}}_{e,\mathrm{fg},j}={\mathrm{\π}}_{m,j}\frac{h_{\mathrm{stm},j}-h_{\mathrm{if},j}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

其中h_stm,j为气相空间蒸汽的焓值，h_if,j为冷凝液膜的焓值。

通过蒸汽冷凝后形成液膜的方式传输能量的能力为：

${\mathrm{\π}}_{e,f,j}={\mathrm{\π}}_{m,j}\frac{h_{\mathrm{if},j}-h_{f,T_0}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

通过对流和辐射换热方式传输能量的能力为：

${\mathrm{\π}}_{e,q,j}=\frac{h_{q,j}{A}_j\mathrm{\ΔT}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}(h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0})}$

其中h_q,j为对流和辐射换热系数，A_j为热阱壁面面积，ΔT为热阱壁面和气相空间的温差。

在质量比例群和能量比例群的表达式中，下角标“j”表示某类热阱，后续用到的热阱字母缩写和热阱的对应关系详见表1。

表1安全壳系统热移出过程的热阱字母缩写和热阱的对应关系

缩写	热阱名称
		hs	内部热阱
ish,evap	钢制安全壳蒸发区子热阱内壁面
		xsh,evap	钢制安全壳蒸发区子热阱外壁面
ish,dry	钢制安全壳干壁区子热阱内壁面
		xsh,dry	钢制安全壳干壁区子热阱外壁面
ish,subc	钢制安全壳过冷区子热阱内壁面
		xsh,subc	钢制安全壳过冷区子热阱外壁面
bf	导流板热阱
		br	屏蔽厂房筒身子热阱
rf	屏蔽厂房屋顶子热阱
		ch	屏蔽厂房烟囱子热阱

由此可见，本发明提出了一种非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，将安全壳热移出过程中可以评价的热阱分为安全壳内气相空间、安全壳内固体热阱、钢制安全壳热阱、导流板热阱和屏蔽厂房热阱等，可以评价的PCS现象包括：对流传热、辐射传热、蒸发传热传质、冷凝传热传质、热阱储热和PCS冷却水储热等。本发明还分别建立了安全壳系统热移出过程中的热阱比例分析，包括破口源比例分析、气相比例分析、内部固体热阱比例分析、钢制安全壳热阱比例分析、导流板热阱比例分析和屏蔽厂房比例分析，并建立了相应的安全壳系统热移出过程比例分析的模型，系统地分析了上述六类安全壳系统热移出过程中的传热传质过程，给出了度量传热传质过程对安全壳系统热移出能力的比例群，包括质量比例群和能量比例群两类；并以比例的形式（π群）量化传热传质过程对安全壳系统热移出能力的贡献。

进一步，本发明适用于AP600、AP1000和CAP1400等非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析，可以评价任一时刻下多种传热传质过程对安全壳系统热移出能力的贡献。另外，本发明还适用于热移出过程和AP1000、CAP1400相似的系统、试验或台架，指导试验或台架参数的设计，以及评价试验或台架模拟原型核电厂的逼真度。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的非能动核电厂安全壳系统发生DBA事故后PCS热移出过程示意图；

图2是本发明的DBA事故后安全壳气相空间相关参数确定方法的流程图；

图3是本发明的DBA事故后安全壳系统的热阱相关参数确定方法的流程图；

图4是本发明的钢制安全壳热阱蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱的确定方法的流程图；

图5是本发明的钢制安全壳蒸发传热、过冷水储热现象比例曲线示意图。

具体实施方式

如图1所示，给出了本发明的非能动核电厂安全壳系统发生假想的DBA事故后，PCS热移出过程的示意图。当非能动核电厂安全壳系统发生假想的大破口失水事故（LOCA）或主蒸汽管道断裂事故（MSLB）后，高温、高压的流体从破口101释放进入安全壳的气相空间102。气相空间102储存质量和能量，安全壳压力迅速升高。当安全壳压力达到设定值并延迟适当时间后PCS投入，水从PCCWST水箱（图中未示）流出至钢制安全壳103的外壁面，钢制安全壳103外壁面大部分面积将覆盖一层水膜。在安全壳的气相空间102中，蒸汽一方面在安全壳内固体热阱104的壁面冷凝形成液膜，并将热量传输至固体热阱104的内部；另一方面，蒸汽在钢制安全壳103的内壁面冷凝形成液膜，并将热量传输至钢制安全壳103的内部和钢制安全壳103的外壁面。钢制安全壳103的外壁面主要通过液膜蒸发的方式将热量传输至钢制安全壳103和导流板105所围成的环腔上升段106，环腔上升段的气相密度变小。在密度差的驱动下，来自环境的空气从屏蔽厂房107的空气入口108进入由屏蔽厂房107的筒身和导流板105围成的环腔下降段109，然后经导流板105折返180o进入由导流板105和钢制安全壳103围成环腔上升段106，最终从一个高位排气口110排至外界大气环境。当PCS热移出能力超过热源释热能力时，安全壳压力开始下降，直至PCS热移出能力和热源释热能力逐渐匹配后，安全壳压力和温度趋于稳定。

结合图1，本发明具体所涉及到的安全壳系统热移出过程的比例分析包括破口源比例分析、安全壳内气相比例分析、安全壳内固体热阱比例分析、钢制安全壳热阱比例分析、导流板热阱比例分析和屏蔽厂房热阱比例分析六部分。钢制安全壳热阱比例分析包括钢制安全壳干壁区子热阱比例分析、钢制安全壳过冷区子热阱比例分析、钢制安全壳蒸发区子热阱比例分析；屏蔽厂房热阱包括烟囱子热阱比例分析、屋顶子热阱比例分析、筒身子热阱比例分析。其中，钢制安全壳干壁区子热阱比例分析、钢制安全壳蒸发区子热阱比例分析、导流板热阱比例分析、烟囱子热阱比例分析、屋顶子热阱比例分析、筒身子热阱比例分析还包括环腔空气流动和传热分析。

本发明针对上述安全壳系统热移出过程，给出了一种非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，分析了不同热阱（热源）的传热传质过程以及计算各个热阱的质量比例群和能量比例群。

1、蒸汽释放源（破口源）

蒸汽释放源（尤其是蒸汽注入）是安全壳压力升高的根本原因。在比例分析中，需要选择一个重要的传热传质途径作为基准。一般地，选取蒸汽注入的质量和能量作为比例分析的基准，即：

π_m,brk=1和π_e,brk=1

2、安全壳内气相空间

安全壳具有很大的气空间容积，DBA事故后，气相空间将存储或释放质量和能量，同时伴随安全壳压力的升高或降低。特别是在喷放阶段，主要通过气相空间的储热能力来缓解安全壳压力的升高。

2.1分析过程

发生DBA事故前，安全壳内全部为空气，初始的温度、压力均已知。在整个DBA事故进程中，认为安全壳内气相（空气和蒸汽）处于准热力学平衡态，气相空间的蒸汽处于充分搅混状态和饱和状态。

图2给出了DBA事故后安全壳的温度T计算过程，具体说明如下：

步骤（201）获得安全壳气相空间热阱中的气体的初始温度T₀和初始压力P₀；

步骤（202）假设DBA事故后的安全壳气相空间热阱中的气体的温度为T’；

步骤（203）根据气体状态方程和步骤（201）的安全壳气相空间热阱中的气体的初始温度T₀和初始压力P₀，确定步骤（202）的DBA事故后的安全壳气相空间热阱中的空气的压力P_air；

步骤（204）获得DBA事故后的安全壳气相空间热阱的气体的总压P；

步骤（205）根据步骤（203）的空气的压力P_air和步骤（204）的气体的总压P，计算DBA事故后的安全壳气相空间热阱中的蒸汽的分压P_stm=P-P_air；

步骤（206）根据步骤（205）的蒸汽的分压P_stm，查饱和水蒸气表，确定DBA事故后的安全壳气相空间热阱中的气体的温度T；

步骤（207）判断温度T和假设的温度T’是否相同；如果温度T和温度T’相差很小，则温度T为安全壳气相空间热阱中的气体的温度；如果温度T和温度T’相差较大，则令T’=T，重新进行迭代计算；

步骤（208）根据步骤（207），确定DBA事故后的安全壳气相空间的气体的温度T；

步骤（209）在DBA事故后，根据步骤（208）确定的安全壳气相空间热阱的气体的温度T和气体的总压P，结合饱和水蒸汽表确定安全壳气相空间热阱的气相密度ρ和气相内能u_g等参数。

2.2质量、能量比例群

本发明可以量化的气相空间传输质量和能量的比例群包括：

（1）通过储存在气相空间的方式传输质量的能力，π_m,τ

${\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{\τ}}=\frac{\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\ρ}}_{g,\mathrm{brk}}}$

（2）通过储存在气相空间的方式传输能量的能力，π_e,τ

${\mathrm{\π}}_{e,\mathrm{\τ}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{\τ}}\frac{u_g-u_{f,T_0}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

3、安全壳内部热阱

在DBA事故下，高能流体通过破口释放进入安全壳气相空间，使气相空间升温、升压。由于气相空间和与之接触的热阱壁面存在蒸汽浓度差，在热阱壁面将出现冷凝过程；由于气相空间和与之接触的热阱壁面存在温度差，在热阱壁面将出现自然对流和辐射传热过程。

3.1分析过程

本发明计算内部热阱壁面传热传质过程和热阱温升的过程如下：

（1）查找安全壳内所有的固体热阱，诸如楼板、设备、楼梯和金属平台等，并进行编号。

（2）将每一个已经编号的内部热阱简化为下述热阱中的一类：

钢板子热阱——由纯钢组成

混凝土子热阱——由纯混凝土组成

钢模块墙子热阱——单面或两面衬有钢板，中间为混凝土层。

（3）对简化后的内部热阱进行一维网格离散。

（4）采用一维非稳态导热的数值方法求解内部热阱的温度场，计算内部热阱壁面的蒸汽冷凝质量、对流和辐射换热量以及热阱的储热量。

图3给出了DBA事故后安全壳内部热阱的一个壁面的传热传质计算过程：

步骤（301）假设事故后某一时刻内部热阱壁面液膜的温度为T_f’；

步骤（302）获得事故后安全壳内该时刻的气相温度T；

步骤（303）根据安全壳气相温度T和蒸汽分压P_stm，结合饱和水蒸气表，计算辐射、对流和冷凝传热系数h_r，h_c和h_m；

步骤（304）根据步骤（303）的结果，计算辐射、对流和冷凝的传热量Q_r，Q_c和Q_m；

步骤（305）获得液膜传热系数h_f；

步骤（306）根据计算辐射、对流、冷凝和液膜传热的综合换热系数h_e，计算公式如下：h_e=1/[1/(h_c+h_m+h_r)+1/h_f]；

步骤（307）获得内部热阱壁面的初始温度T_w ⁽⁰⁾；

步骤（308）根据一维非稳态导热的数值方法（第三类边界条件）计算该时刻热阱壁面温度T_w；

步骤（309）根据傅里叶导热定律，计算出液膜表面温度T_f；

步骤（310）判断温度T_f和假设的温度T_f’是否相同；如果液膜表面温度T_f和假设的温度T_f’相差很小，则温度T_f即为该时刻液膜表面温度；如果温度T_f和假设的温度T_f’相差较大，则令T_f’=T_f，重新进行迭代计算；

步骤（311）根据步骤（310），确定DBA事故后内部热阱的液膜表面温度T_f。

3.2质量、能量比例群

本发明可以量化的内部热阱传输质量和能量的比例群包括：

（1）通过蒸汽在热阱壁面冷凝的方式传输质量的能力，π_m,hs

${\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{hs}}=\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{stm},\mathrm{hs}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}}$

（2）通过蒸汽在热阱壁面冷凝传给热阱热量的方式传输能量的能力，π_e,fg,hs

${\mathrm{\π}}_{e,\mathrm{fg},\mathrm{hs}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{hs}}\frac{h_{\mathrm{stm},\mathrm{hs}}-h_{\mathrm{if},\mathrm{hs}}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f{,T}_0}}$

（3）通过蒸汽在热阱壁面对流和辐射换热的方式传输能量的能力，π_e,q,hs

${\mathrm{\π}}_{e,q,\mathrm{hs}}=\frac{h_{q,\mathrm{hs}}{A}_{\mathrm{hs}}\mathrm{\ΔT}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}(h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0})}$

（4）通过蒸汽在热阱壁面冷凝后形成液膜的方式传输能量的能力，π_e,f,hs

${\mathrm{\π}}_{e,f,\mathrm{hs}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{hs}}\frac{h_{\mathrm{if},\mathrm{hs}}-h_{f,T_0}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

4、钢制安全壳热阱

4.1钢制安全壳分区方法

根据钢制安全壳外壁面是否覆盖水膜和水膜换热特性，将钢制安全壳分为三部分：干壁区子热阱（该部分没有覆盖水膜）、过冷区子热阱（该部分覆盖水膜，水膜储热温升为主要换热方式）和蒸发区子热阱（该部分覆盖水膜，水膜蒸发换热为主要换热方式。

如图4所示，给出了钢制安全壳的蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱面积的计算过程：

步骤（401）获得钢制安全壳总面积A_shell；

步骤（402）在PCS投入前，得到干壁区子热阱面积A_dry、蒸发区子热阱面积A_evap和过冷区子热阱面积A_subc；具体来说，安全壳外壁面未被水膜覆盖，干区面积A_dry等于钢制安全壳总面积A_shell，蒸发区子热阱和过冷区子热阱面积为0m²，即：

A_dry=A_shell

A_subc=0m²

A_evap=0m²

步骤（403）假定PCS投入后，钢制安全壳外壁面水膜润湿比为F_wet；

步骤（404）根据钢制安全壳总面积A_shell和步骤（403）中钢制安全壳外壁面水膜润湿比F_wet，计算干区面积A_dry=(1–F_wet)A_shell；

步骤（405）根据步骤（404），计算湿区面积A_wet=F_wetA_shell；

步骤（406）根据过冷水膜能量方程，计算出过冷区子热阱面积A_subc；

步骤（407）根据步骤（406），计算出蒸发区子热阱面积A_evap=A_wet-A_subc；

步骤（408）根据蒸发区子热阱面积A_evap和换热系数，计算水膜的蒸发质量流m_evap；

步骤（409）判断蒸发质量流量m_evap是否小于或等于PCS冷却水量m_PCS；如果水膜的蒸发质量流量m_evap小于或等于PCS冷却水量m_PCS，即：m_evap≤m_PCS，则A_evap即为蒸发区子热阱面积；如果水膜的蒸发质量流量m_evap大于PCS冷却水量m_PCS，即：m_evap>m_PCS，则需减小外壁面水膜润湿比F_wet，重新进行计算，直至水膜的蒸发质量流量m_evap等于PCS冷却水量m_PCS；

步骤（410）根据步骤（409），获得PCS投入后钢制安全壳外壁面水膜润湿比为F_wet。

进一步地，根据（410）确定的PCS投入后钢制安全壳外壁面水膜润湿比为F_wet，获得钢制安全壳的蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱的面积。

4.2传热传质过程

对钢制安全壳蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱的传热传质过程描述如下：

（1）蒸发区子热阱。

气相空间通过自然对流、辐射和冷凝传热方式和液膜表面进行热量传输。

热量以导热方式从液膜表面传至钢制安全壳内壁涂层和钢制安全壳。

进入钢制安全壳的热量一部分被钢制安全壳吸收，另一部分通过导热方式传输至钢制安全壳外壁涂层和蒸发液膜外表面。

热量通过强制对流、辐射和蒸发传热方式将热量传输至屏蔽厂房环腔的上升段。

（2）干壁区子热阱。

气相空间通过自然对流、辐射和冷凝传热方式和液膜表面进行热量传输。

热量以导热方式从液膜表面传至钢制安全壳内壁涂层和钢制安全壳。

进入钢制安全壳的热量一部分被钢制安全壳吸收，另一部分通过导热方式传输至钢制安全壳外壁涂层。

热量通过强制对流和辐射传热方式将热量从钢制安全壳外壁涂层面传输至屏蔽厂房环腔的上升段。

（3）过冷区子热阱。

气相空间通过自然对流、辐射和冷凝传热方式和液膜表面进行热量传输。

热量以导热方式从液膜表面传至钢制安全壳内壁涂层和钢制安全壳。

进入钢制安全壳的热量一部分被钢制安全壳吸收，另一部分通过导热方式传输至钢制安全壳外壁涂层。

传输至钢制安全壳外壁涂层的热量全部被水膜储存，水膜温度上升至可引起液膜大量蒸发的温度。

如图3所示，还可以用于钢制安全壳的蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱的传热传质计算过程。

下面以钢制安全壳的蒸发区子热阱的壁面为例，说明其传热传质计算过程。

步骤（301）假设事故后某一时刻蒸发区子热阱壁面液膜的温度为T_f’；

步骤（302）获得事故后安全壳内该时刻的气相温度T；

步骤（303）根据安全壳气相温度T和蒸汽分压P_stm，结合饱和水蒸气表，计算辐射、对流和冷凝传热系数h_r，h_c和h_m；

步骤（304）根据步骤（303）的结果，计算辐射、对流和冷凝的传热量Q_r，Q_c和Q_m；

步骤（305）获得液膜传热系数h_f；

步骤（306）根据计算辐射、对流、冷凝和液膜传热的综合换热系数h_e，计算公式如下：h_e=1/[1/(h_c+h_m+h_r)+1/h_f]；

步骤（307）获得蒸发区子热阱壁面的初始温度T_w ⁽⁰⁾；

步骤（308）根据一维非稳态导热的数值方法（第三类边界条件）计算该时刻蒸发区子热阱壁面温度T_w；

步骤（309）根据傅里叶导热定律，计算出蒸发区子热阱液膜表面温度T_f；

步骤（310）判断温度T_f和假设的温度T_f’是否相同；如果蒸发区子热阱液膜表面温度T_f和假设的温度T_f’相差很小，则温度T_f即为该时刻蒸发区子热阱的液膜表面温度；如果温度T_f和假设的温度T_f’相差较大，则令T_f’=T_f，重新进行迭代计算；

步骤（311）根据步骤（310），确定DBA事故后蒸发区子热阱的液膜表面温度T_f。

进一步，下面以钢制安全壳的蒸发区子热阱的壁面为例，说明钢制安全壳蒸发区子热阱的储热、释热过程，包括：

（1）对蒸发区子热阱进行一维网格离散。

（2）采用一维非稳态导热的数值方法求解蒸发区子热阱的温度场，计算蒸发区子热阱壁面的蒸汽冷凝质量、对流和辐射换热量以及热阱的储热量。

进一步，钢制安全壳的干壁区子热阱和过冷区子热阱的传热传质过程以及钢制安全壳储热、释热过程与上述蒸发区子热阱相似，在此不做赘述。

4.3质量、能量比例群

本发明可以量化的钢制安全壳热阱传输质量和能量的比例群包括：

（1）蒸发区子热阱

通过在钢制安全壳内/外壁面冷凝/蒸发的方式传输质量的能力

${\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{ish},\mathrm{evap}}=\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{stm},\mathrm{ish},\mathrm{evap}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}}$

${\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{xsh},\mathrm{evap}}=\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{stm},\mathrm{xsh},\mathrm{evap}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}}$

通过在钢制安全壳内/外壁面冷凝/蒸发的方式传输能量的能力

${\mathrm{\π}}_{e,\mathrm{fg},\mathrm{ish},\mathrm{evap}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{ish},\mathrm{evap}}\frac{h_{\mathrm{stm},\mathrm{ish},\mathrm{evap}}-h_{\mathrm{if},\mathrm{ish},\mathrm{evap}}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

${\mathrm{\π}}_{e,\mathrm{fg},\mathrm{xsh},\mathrm{evap}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{xsh},\mathrm{evap}}\frac{h_{\mathrm{stm},\mathrm{xsh},\mathrm{evap}}-h_{\mathrm{if},\mathrm{xsh},\mathrm{evap}}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

通过在钢制安全壳内/外壁面对流和辐射换热的方式传输能量的能力

${\mathrm{\π}}_{e,q,\mathrm{ish}.\mathrm{evap}}=\frac{h_{q,\mathrm{ish},\mathrm{evap}}{A}_{\mathrm{ish},\mathrm{evap}}\mathrm{\ΔT}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}(h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0})}$

${\mathrm{\π}}_{e,q,\mathrm{xsh},\mathrm{evap}}=\frac{h_{q,\mathrm{xsh},\mathrm{evap}}{A}_{\mathrm{xsh},\mathrm{evap}}\mathrm{\ΔT}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}(h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0})}$

通过钢制安全壳内/外壁面液膜储能的方式传输能量的能力

${\mathrm{\π}}_{e,f,\mathrm{ish},\mathrm{evap}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{ish},\mathrm{evap}}\frac{h_{\mathrm{if},\mathrm{ish},\mathrm{evap}}-h_{f,T_0}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

${\mathrm{\π}}_{e,f,\mathrm{xsh},\mathrm{evap}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{xsh},\mathrm{evap}}\frac{h_{\mathrm{if},\mathrm{xsh},\mathrm{evap}}-h_{f,T_0}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

（2）干壁区子热阱

通过在钢制安全壳内/外壁面冷凝/蒸发的方式传输质量的能力

${\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{ish},\mathrm{dry}}=\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{stm},\mathrm{ish},\mathrm{dry}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}}$

π_m,xsh,dry=0

通过在钢制安全壳内/外壁面冷凝/蒸发的方式传输能量的能力

${\mathrm{\π}}_{e,\mathrm{fg},\mathrm{ish},\mathrm{dry}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{ish},\mathrm{dry}}\frac{h_{\mathrm{stm},\mathrm{ish},\mathrm{dry}}-h_{\mathrm{if},\mathrm{ish},\mathrm{dry}}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

π_e,fg,xsh,dry=0

通过在钢制安全壳内/外壁面对流和辐射换热的方式传输能量的能力

${\mathrm{\π}}_{e,q,\mathrm{ish},\mathrm{dry}}=\frac{h_{q,\mathrm{ish},\mathrm{dry}}{A}_{\mathrm{ish},\mathrm{dry}}\mathrm{\ΔT}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}(h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0})}$

${\mathrm{\π}}_{e,q,\mathrm{xsh}.\mathrm{dry}}=\frac{h_{q,\mathrm{xsh},\mathrm{dry}}{A}_{\mathrm{xsh},\mathrm{dry}}\mathrm{\ΔT}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}(h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0})}$

通过钢制安全壳内/外壁面液膜储能的方式传输能量的能力

${\mathrm{\π}}_{e,f,\mathrm{ish},\mathrm{dry}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{ish},\mathrm{dry}}\frac{h_{\mathrm{if},\mathrm{ish},\mathrm{dry}}-h_{f,T_0}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

π_e,f,xsh,dry=0

（3）过冷区子热阱

通过在钢制安全壳内/外壁面冷凝/蒸发的方式传输质量的能力

${\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{ish},\mathrm{subc}}=\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{stm},\mathrm{ish},\mathrm{subc}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}}$

π_m,xsh,subc=0

通过在钢制安全壳内/外壁面冷凝/蒸发的方式传输能量的能力

${\mathrm{\π}}_{e,\mathrm{fg},\mathrm{ish},\mathrm{subc}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{ish},\mathrm{subc}}\frac{h_{\mathrm{stm},\mathrm{ish},\mathrm{subc}}-h_{\mathrm{if},\mathrm{ish},\mathrm{subc}}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

π_{e,fg,xsh,subc}=0

通过在钢制安全壳内/外壁面对流和辐射换热的方式

${\mathrm{\π}}_{e,q,\mathrm{ish}.\mathrm{subc}}=\frac{h_{q,\mathrm{ish},\mathrm{subc}}{A}_{\mathrm{ish},\mathrm{subc}}\mathrm{\ΔT}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}(h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0})}$

π_e,q,xsh,subc=0

通过钢制安全壳内/外壁面液膜储能的方式传输能量的能力

${\mathrm{\π}}_{e,f,\mathrm{ish},\mathrm{subc}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{ish},\mathrm{subc}}\frac{h_{\mathrm{if},\mathrm{ish},\mathrm{subc}}-h_{f,T_0}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

${\mathrm{\π}}_{e,f,\mathrm{xsh},\mathrm{subc}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{xsh},\mathrm{subc}}\frac{h_{\mathrm{if},\mathrm{xsh},\mathrm{subc}}-h_{f,T_0}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

5、导流板热阱

5.1传热传质过程

如图1所示，导流板热阱和钢制安全壳组成了环腔上升段，导流板和屏蔽厂房筒身子热阱组成了环腔下降段。对于导流板热阱而言，其传热传质过程为：

（1）钢制安全壳干壁区子热阱以辐射传热方式将热量传输至导流板；

（2）钢制安全壳蒸发区子热阱水膜以辐射传热方式将热量传输至导流板；

（3）导流板以辐射传热方式将热量传输至屏蔽厂房筒身子热阱；

（4）导流板以对流传热方式将热量传输至环腔上升段；

（5）导流板以对流传热方式将热量传输至环腔和下降段；

（6）环腔上升段蒸汽以冷凝方式将热量传输至导流板。

采用集总参数法，根据能量守恒方程，可计算任意时刻导流板热阱的温度和对流、蒸发、辐射换热量。

5.2质量、能量比例群

本发明可以量化的导流板热阱传输质量和能量的比例群包括：

（1）通过上升段环腔蒸汽在导流板壁面冷凝的方式传输质量的能力，π_m,bf

${\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{bf}}=\frac{{\stackrel{.}{m}}_{\mathrm{stm},\mathrm{bf}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}}$

（2）通过在导流板壁面冷凝的方式传输能量的能力，π_e,fg,bf

${\mathrm{\π}}_{e,\mathrm{fg},\mathrm{bf}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{bf}}\frac{h_{\mathrm{stm},\mathrm{bf}}-h_{\mathrm{if},\mathrm{bf}}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

（3）通过壁面对流和辐射换热的方式传输能量的能力

上升段对流， ${\mathrm{\π}}_{e,c,\mathrm{ri}-\mathrm{bf}}=\frac{h_{c,\mathrm{ri}-\mathrm{bf}}{A}_{\mathrm{ri}-\mathrm{bf}}\mathrm{\ΔT}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk},0}(h_{g,\mathrm{brk},0}-h_{f,T_0})}$

上升段辐射， ${\mathrm{\π}}_{e,r,\mathrm{ri}-\mathrm{bf}}=\frac{h_{r,\mathrm{ri}-\mathrm{bf}}{A}_{\mathrm{ri}-\mathrm{bf}}\mathrm{\ΔT}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk},0}(h_{g,\mathrm{brk},0}-h_{f,T_0})}$

下降段对流， ${\mathrm{\π}}_{e,c,\mathrm{bf}-\mathrm{dc}}=\frac{h_{c,\mathrm{bf}-\mathrm{dc}}{A}_{\mathrm{bf}-\mathrm{dc}}\mathrm{\ΔT}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk},0}(h_{g,\mathrm{brk},0}-h_{f,T_0})}$

下降段辐射， ${\mathrm{\π}}_{e,r,\mathrm{bf}-\mathrm{dc}}=\frac{h_{r,\mathrm{bf}-\mathrm{dc}}{A}_{\mathrm{bf}-\mathrm{dc}}\mathrm{\ΔT}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk},0}(h_{g,\mathrm{brk},0}-h_{f,T_0})}$

6、屏蔽厂房热阱

6.1传热传质过程

屏蔽厂房是环腔流道的重要组成部分，如图1所示，沿气体流动方向，屏蔽厂房热阱可划分为筒身子热阱、屋顶子热阱和烟囱子热阱三部分：

（1）筒身子热阱。位于空气入口下方，和导流板围成环腔下降段。其传热过程为：

环腔下降段气体通过对流方式将热量传输至筒身子热阱壁面

导流板通过辐射方式将热量传输至筒身子热阱壁面

筒身子热阱的储热温升

（2）屋顶子热阱。安全壳穹顶上方、非能动安全壳冷却系统储水箱下方的锥形屋顶。其传热过程为：

环腔气体通过对流方式将热量传输至屋顶液膜表面

安全壳穹顶干壁区子热阱通过辐射方式将热量传输至屋顶液膜表面

环腔气体通过冷凝方式将热量传输至屋顶液膜表面

热量以导热方式从液膜表面传至屋顶子热阱壁面

屋顶子热阱的储热温升

（3）烟囱子热阱。位于屋顶的中心位置，非能动安全壳冷却系统储水箱的组成部分，该部分热阱围成环腔排气段。其传热传质过程为：

环腔气体通过对流方式将热量传输至烟囱液膜表面

环腔排气段气体通过冷凝方式将热量传输至烟囱液膜表面

热量以导热方式从液膜表面传至烟囱子热阱壁面

烟囱子热阱的储热温升

屏蔽厂房热阱壁面的传热传质过程以及热阱储热过程和内部热阱相似，在此不做赘述。

6.2质量、能量比例群

本发明可以量化的屏蔽厂房热阱传输质量和能量的比例群包括：

（1）筒身子热阱

通过环腔蒸汽在热阱壁面冷凝的方式传输质量的能力，π_m,br

${\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{br}}=\frac{{\stackrel{.}{m}}_{\mathrm{stm},\mathrm{br}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}}$

在屏蔽厂房壁面冷凝的方式传输能量的能力，π_e,fg,br

${\mathrm{\π}}_{e,\mathrm{fg},\mathrm{br}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{br}}\frac{h_{\mathrm{stm},\mathrm{br}}-h_{\mathrm{if},\mathrm{br}}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

通过屏蔽厂房壁面液膜储能的方式传输能量的能力，π_e,f,br

${\mathrm{\π}}_{e,f,\mathrm{br}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{br}}\frac{h_{\mathrm{if},\mathrm{br}}-h_{f,T_0}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

通过屏蔽厂房壁面对流和辐射换热的方式传输能量的能力，π_e,q,br

${\mathrm{\π}}_{e,q,\mathrm{br}}=\frac{h_{q,\mathrm{br}}{A}_{\mathrm{br}}\mathrm{\ΔT}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}(h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0})}$

（2）屋顶子热阱

通过环腔蒸汽在热阱壁面冷凝的方式传输质量的能力，π_m,rf

${\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{rf}}=\frac{{\stackrel{.}{m}}_{\mathrm{stm},\mathrm{rf}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}}$

在屏蔽厂房壁面冷凝的方式传输能量的能力，π_e,fg,rf

${\mathrm{\π}}_{e,\mathrm{fg},\mathrm{rf}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{rf}}\frac{h_{\mathrm{stm},\mathrm{rf}}-h_{\mathrm{if},\mathrm{rf}}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

通过屏蔽厂房壁面液膜储能的方式传输能量的能力，π_e,f,rf

${\mathrm{\π}}_{e,f,\mathrm{rf}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{rf}}\frac{h_{\mathrm{if},\mathrm{rf}}-h_{f,T_0}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

通过屏蔽厂房壁面对流和辐射换热的方式传输能量的能力，π_e,q,rf

${\mathrm{\π}}_{e,q,\mathrm{rf}}=\frac{h_{q,\mathrm{rf}}{A}_{\mathrm{rf}}\mathrm{\ΔT}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}(h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0})}$

（3）烟囱子热阱

通过环腔蒸汽在热阱壁面冷凝的方式传输质量的能力，π_m,ch

${\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{ch}}=\frac{{\stackrel{.}{m}}_{\mathrm{stm},\mathrm{ch}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}}$

在屏蔽厂房壁面冷凝的方式传输能量的能力，π_e,fg,ch

${\mathrm{\π}}_{e,\mathrm{fg},\mathrm{ch}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{ch}}\frac{h_{\mathrm{stm},\mathrm{ch}}-h_{\mathrm{if},\mathrm{ch}}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

通过屏蔽厂房壁面液膜储能的方式传输能量的能力，π_e,f,ch

${\mathrm{\π}}_{e,f,\mathrm{ch}}={\mathrm{\π}}_{m,\mathrm{ch}}\frac{h_{\mathrm{if},\mathrm{ch}}-h_{f,T_0}}{h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0}}$

通过屏蔽厂房壁面对流和辐射换热的方式传输能量的能力，π_e,q,ch

${\mathrm{\π}}_{e,q,\mathrm{ch}}=\frac{h_{q,\mathrm{ch}}{A}_{\mathrm{ch}}\mathrm{\ΔT}}{{\stackrel{\·}{m}}_{g,\mathrm{brk}}(h_{g,\mathrm{brk}}-h_{f,T_0})}$

为了进一步说明安全壳系统热移出过程的比例分析方法，本部分以钢制安全壳蒸发区子热阱为例，给出了能量比例分析的示例。

表2给出了利用本发明非能动核电厂安全壳系统热阱热移出过程的比例分析方法，获得LOCA事故后1600s的时刻，钢制安全壳热阱传输能量的比例值。

表2钢制安全壳热阱传输能量的比例值（t=1600_s）

图5给出了利用本发明非能动核电厂安全壳系统热阱热移出过程的比例分析方法，获得LOCA事故后，图中实线代表钢制安全壳蒸发区子热阱外壁面水膜蒸发传输热量（π_{e,fg,xsh,evap}）的比例曲线，图中虚线代表过冷水储热传输热量（π_e,f,xsh,subc）的比例曲线。

可以看出，本发明提出了一种非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，将安全壳热移出过程中可以评价的热阱分为安全壳内气相空间、安全壳内固体热阱、钢制安全壳热阱、导流板热阱和屏蔽厂房热阱等，可以评价的PCS现象包括：对流传热、辐射传热、蒸发传热传质、冷凝传热传质、热阱储热和PCS冷却水储热等。本发明还分别建立了安全壳系统热移出过程中的热阱比例分析，包括破口源比例分析、气相比例分析、内部固体热阱比例分析、钢制安全壳热阱比例分析、导流板热阱比例分析和屏蔽厂房比例分析，并建立了相应的安全壳系统热移出过程比例分析的模型，系统地分析了上述六类安全壳系统热移出过程中的传热传质过程，给出了度量传热传质过程对安全壳系统热移出能力的比例群，包括质量比例群和能量比例群两类；并以比例的形式（π群）量化传热传质过程对安全壳系统热移出能力的贡献。

进一步，本发明适用于AP600、AP1000和CAP1400等非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析，可以评价任一时刻下多种传热传质过程对安全壳系统热移出能力的贡献。另外，本发明还适用于热移出过程和AP1000、CAP1400相似的系统、试验或台架，指导试验或台架参数的设计，以及评价试验或台架模拟原型核电厂的逼真度。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)将安全壳系统的热阱分为破口热源、安全壳内气相空间热阱、内部固体热阱、钢壳热阱、导流板热阱和屏蔽厂房热阱；

b)确定所述破口热源、安全壳内气相空间热阱、内部固体热阱、钢壳热阱、导流板热阱和屏蔽厂房热阱的传热传质过程，计算所述破口热源、安全壳内气相空间热阱、内部固体热阱、钢壳热阱、导流板热阱和屏蔽厂房热阱的传输质量比例群，以及计算所述破口热源、安全壳内气相空间热阱、内部固体热阱、钢壳热阱、导流板热阱和屏蔽厂房热阱的传输能量比例群；

其中，所述步骤b)中所述破口热源的传热传质过程包括：发生设计基准事故后，蒸汽注入所述安全壳内；所述步骤b)中所述安全壳内气相空间热阱的传热传质过程包括：

设定发生所述设计基准事故前，所述安全壳内气相空间热阱中的气体为空气；

设定发生所述设计基准事故后，所述安全壳内气相空间热阱中的气体为空气和蒸汽，所述空气和蒸汽处于准热力学平衡态；

所述步骤b)中对所述安全壳内气相空间热阱的质量比例群和能量比例群的计算过程包括：

根据发生所述设计基准事故前的所述安全壳内气相空间热阱中的气体的初始温度和初始压力以及发生所述设计基准事故后的所述安全壳内气相空间热阱中的气体的温度和压力计算得到发生所述设计基准事故后的所述安全壳内气相空间热阱中的气体的气相密度和气相内能；

根据所述的气相密度和气相内能计算所述安全壳内气相空间热阱的传输质量比例群和传输能量比例群。

2.如权利要求1所述的非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，其中，

所述破口热源的质量比例群和能量比例群的计算过程为：设定所述破口热源传输质量和传输能量的能力为1，所述破口热源的传输质量比例和传输能量比例为1。

3.如权利要求2所述的非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，其中，所述根据发生所述设计基准事故前的所述安全壳内气相空间热阱中的气体的初始温度和初始压力以及发生所述设计基准事故后的所述安全壳内气相空间热阱中的气体的温度和压力计算得到发生所述设计基准事故后的所述安全壳内气相空间热阱中的气体的气相密度和气相内能的过程包括：

步骤(201)获得所述设计基准事故前的所述安全壳气相空间热阱中的气体的初始温度T₀和初始压力P₀；

步骤(202)假设所述设计基准事故后的所述安全壳气相空间热阱中的气体的温度为T’；

步骤(203)根据气体状态方程和步骤(201)的所述安全壳气相空间热阱中的气体的初始温度T₀和初始压力P₀，确定步骤(202)的所述设计基准事故后的所述安全壳气相空间热阱中的空气的压力P_air；

步骤(204)获得所述设计基准事故后的所述安全壳气相空间热阱的气体的总压P；

步骤(205)根据步骤(203)的所述空气的压力P_air和步骤(204)的所述气体的总压P，计算所述设计基准事故后的所述安全壳气相空间热阱中的蒸汽的分压P_stm＝P-P_air；

步骤(206)根据步骤(205)的所述蒸汽的分压P_stm，查饱和水蒸气表，确定所述设计基准事故后的安全壳气相空间热阱中的气体的温度T；

步骤(207)判断所述温度T和假设的所述温度T’是否相同；如果所述温度T和所述温度T’相差很小，则所述温度T为所述安全壳气相空间热阱中的气体的温度；如果所述温度T和所述温度T’相差较大，则令T’＝T，重新进行迭代计算；

步骤(208)根据步骤(207)，确定所述设计基准事故后的所述安全壳气相空间的所述气体的温度T；

步骤(209)在所述设计基准事故后，根据步骤(208)确定的所述安全壳气相空间热阱的所述气体的温度T和所述气体的总压P，结合所述饱和水蒸汽表确定所述安全壳气相空间热阱的气相密度和气相内能。

4.如权利要求2所述的非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，其中，所述步骤b)中所述内部固体热阱的传热传质过程包括：

查找所有的所述内部固体热阱、并进行编号；

将已经编号的所述内部固体热阱分为钢板子热阱、混凝土子热阱或钢模块墙子热阱；

对所述钢板子热阱、混凝土子热阱或钢模块墙子热阱进行一维网格离散；

采用一维非稳态导热的数值方法确定所述钢板子热阱、混凝土子热阱或钢模块墙子热阱的温度场；

所述步骤b)中对所述内部固体热阱的质量比例群和能量比例群的计算过程包括：根据确定的所述钢板子热阱、混凝土子热阱或钢模块墙子热阱的温度场，分别确定所述钢板子热阱、混凝土子热阱或钢模块墙子热阱的传输质量比例群和传输能量比例群。

5.如权利要求4所述的非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，其中，所述钢板子热阱为纯钢固体；所述混凝土子热阱为纯混泥土固体；所述钢模块墙子热阱为单面或两面衬有钢板、中间混凝土层的固体。

6.如权利要求2所述的非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，其中，所述步骤b)中确定所述钢壳热阱的传热传质过程包括：

将所述钢壳热阱分为蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱；

对所述蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱进行一维网格离散；

采用一维非稳态导热的数值方法确定所述蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱的温度场；

所述步骤b)中对所述钢壳热阱的质量比例群和能量比例群的计算过程包括：根据确定的所述蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱的温度场，分别确定所述蒸发区子热阱、干壁区子热阱和过冷区子热阱的传输质量比例群和传输能量比例群。

7.如权利要求2所述的非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，其中，所述步骤b)中对所述屏蔽厂房热阱的传热传质过程包括：

将所述屏蔽厂房热阱分为筒身子热阱、屋顶子热阱和烟囱子热阱；

采用一维非稳态导热的数值方法确定所述筒身子热阱、屋顶子热阱和烟囱子热阱的温度场；

所述步骤b)中对所述屏蔽厂房热阱的质量比例群和能量比例群的计算过程包括：根据确定的所述筒身子热阱、屋顶子热阱和烟囱子热阱的温度场，分别确定所述筒身子热阱、所述屋顶子热阱和所述烟囱在热阱的传输质量比例群和传输能量比例群。

8.如权利要求7所述的非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，其中，所述屏蔽厂房热阱沿气体流动方向，分为筒身子热阱、屋顶子热阱和烟囱子热阱。

9.如权利要求2所述的非能动核电厂安全壳系统热移出过程的比例分析方法，其中，所述步骤b)中对所述导流板热阱的传热传质过程包括：

设定所述导流板热阱和所述钢壳热阱组成环腔上升段，所述导流板热阱和屏蔽厂房筒身子热阱组成环腔下降段；

钢制安全壳的干壁区子热阱以辐射传热方式将热量传输至导流板；钢制安全壳的蒸发区子热阱水膜以辐射传热方式将热量传输至导流板；导流板以辐射传热方式将热量传输至屏蔽厂房的筒身子热阱；导流板以对流传热方式将热量传输至环腔上升段；导流板以对流传热方式将热量传输至环腔和下降段；环腔上升段蒸汽以冷凝方式将热量传输至导流板；

所述步骤b)中对所述屏蔽厂房热阱的质量比例群和能量比例群的计算过程包括：

采用集总参数法，根据能量守恒方程，确定所述导流板热阱的温度和对流、蒸发、辐射换热量；

根据确定的所述导流板热阱的温度和对流、蒸发、辐射换热量，分别确定所述导热板热阱的传输质量比例群和传输能量比例群。