CN109920560A - 燃料组件的定位格架优化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃料组件的定位格架优化方法及装置，涉及燃料组件的定位格架技术领域，采用获取初始化数据，初始化数据包括相应的定位格架单元的物理模型和几何流域参数；建立预先设置的多组定位格架模型，定位格架模型是由定位格架单元的物理模型按照不同排布方式构成的；对于每个定位格架模型，对定位格架模型在径向划分得到多个子通道，根据初始化数据计算定位格架的每个子通道的阻力系数；根据每个阻力系数从多组定位格架模型中选取最优定位格架模型的方式，通过对定位格架模型在径向划分得到多个子通道并计算阻力系数，达到从多组定位格架模型中筛选出最优定位格架模型的目的，从而实现了通过优化排布方式提高安全性能及经济性的技术效果。

Description

燃料组件的定位格架优化方法及装置

技术领域

本发明涉及燃料组件的定位格架技术领域，尤其是涉及一种燃料组件的定位格架优化方法及装置。

背景技术

一定数量的燃料棒组成，一定数量的燃料棒按照一定间隔排列并被固定成一束，再加上各种结构零部件，称为反应堆燃料组件，一般反应堆燃料组件在核反应堆中使用3-5年的时间，由于其处于强中子场中，需经受高温、高压、高流速冷却剂的冲刷，同时需承受裂变产物化学作用和复杂的机械载荷，因此工作条件十分苛刻。

现有技术中对定位格架的优化集中在对定位格架几何结构的优化，即通过设计不同结构尺寸、不同几何形状的定位格架(包括弹簧、刚突、交混翼等定位格架组成部分的尺寸、排布位置)，对于如何优化定位格架在燃料组件轴向的位置排布没有形成方法，不能够通过优化排布方式提高安全性能及经济性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种燃料组件的定位格架优化方法及装置，以解决现有技术中对定位格架的优化集中在对定位格架几何结构的优化，即通过设计不同结构尺寸、不同几何形状的定位格架(包括弹簧、刚突、交混翼等定位格架组成部分的尺寸、排布位置)，对于如何优化定位格架在燃料组件轴向的位置排布没有形成方法，不能够通过优化排布方式提高安全性能及经济性的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种燃料组件的定位格架优化方法，所述定位格架由多个定位格架单元排布构成，该方法包括：

获取与所述定位格架单元一一对应的初始化数据，其中所述初始化数据包括相应的定位格架单元的物理模型和几何流域参数；

建立预先设置的多组定位格架模型，所述定位格架模型是由所述定位格架单元的物理模型按照不同排布方式构成的；

对于每个定位格架模型，对所述定位格架模型在径向划分得到多个子通道，根据所述初始化数据计算定位格架的每个子通道的阻力系数；

根据每个所述阻力系数从所述多组定位格架模型中选取最优定位格架模型。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述定位格架单元的物理模型如下：

其中ΔP代表上表面压力和下游表面压力的差，ζ代表所述子通道的阻力系数，v代表区域流体速度，ρ代表流体密度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据所述初始化数据计算每个子通道的阻力系数的步骤包括：

将所述几何流域参数输入到所述定位格架的物理模型中进行绝热稳态计算至收敛，得到所述定位格架单元对应的子通道的阻力系数；

根据所述定位格架单元对应的子通道的阻力系数确定定位格架的每个子通道的阻力系数。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述子通道的阻力系数计算公式包括：

ζ＝ΔP×2g_c/(ρ×v²)

其中ΔP代表上表面压力和下游表面压力的差，ζ代表所述子通道阻力系数，v代表区域流体速度，ρ代表流体密度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，对于每个定位格架模型，对所述定位格架模型在径向划分得到多个子通道，根据所述初始化数据计算定位格架的每个子通道的阻力系数的步骤包括：

将所述初始化数据以及所述定位格架单元对应的子通道的阻力系数输入至子通道程序定位格架模型中，计算得到定位格架的每个子通道的阻力系数。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，根据每个所述阻力系数从所述多组定位格架模型中选取最优定位格架模型的步骤包括：

根据每个所述阻力系数计算每个定位格架模型的偏离泡核沸腾比；

根据每个定位格架模型的偏离泡核沸腾比，从所述多组定位格架模型中选取最优定位格架模型。

第二方面，本发明实施例还提供一种燃料组件的定位格架优化装置，包括：

获取模块，用于获取与所述定位格架单元一一对应的初始化数据，其中所述初始化数据包括相应的定位格架单元的物理模型和几何流域参数；

建立模块，用于建立预先设置的多组定位格架模型，所述定位格架模型是由所述定位格架单元的物理模型按照不同排布方式构成的；

计算模块，用于对于每个定位格架模型，对所述定位格架模型在径向划分得到多个子通道，根据所述初始化数据计算定位格架的每个子通道的阻力系数；

选取模块，用于根据每个所述阻力系数从所述多组定位格架模型中选取最优定位格架模型。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述选取模块包括：

计算单元，用于根据每个所述阻力系数计算每个定位格架模型的偏离泡核沸腾比；

选取单元，用于根据每个定位格架模型的偏离泡核沸腾比，从所述多组定位格架模型中选取最优定位格架模型。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面所述的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行第一方面所述的方法。

在本发明实施例中，采用获取与所述定位格架单元一一对应的初始化数据，其中所述初始化数据包括相应的定位格架单元的物理模型和几何流域参数；建立预先设置的多组定位格架模型，所述定位格架模型是由所述定位格架单元的物理模型按照不同排布方式构成的；对于每个定位格架模型，对所述定位格架模型在径向划分得到多个子通道，根据所述初始化数据计算定位格架的每个子通道的阻力系数；根据每个所述阻力系数从所述多组定位格架模型中选取最优定位格架模型的方式，通过对定位格架模型在径向划分得到多个子通道并计算阻力系数，达到了从多组定位格架模型中筛选出最优定位格架模型的目的，从而实现了通过优化排布方式提高安全性能及经济性的技术效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的燃料组件的定位格架优化方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种计算定位格架子通道阻力系数的方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种选取最优定位格架模型的方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的燃料组件的定位格架优化装置模块示意图。

图标：

01-获取模块；02-建立模块；03-计算模块；04-选取模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明实施例，提供了一种燃料组件的定位格架优化方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的燃料组件的定位格架优化方法的流程图，如图1所示，第一方面，本发明实施例提供了一种燃料组件的定位格架优化方法，定位格架由多个定位格架单元排布构成，该方法包括：

步骤S101，获取与定位格架单元一一对应的初始化数据，其中初始化数据包括相应的定位格架单元的物理模型和几何流域参数；

在本发明实施例中，定位格架单元由于结构不同、尺寸不同以及几何形状不同，所以需要建立每个定位格架单元的物理模型，有针对性的研究每个定位格架单元对于流体的阻力，具体计算方式可以借助计算程序，例如：使用CFD(计算流体力学)程序对单个定位格架进行几何建模，计算定位格架轴向的水力直径，其中，定位格架单元的物理模型如下：

其中ΔP代表上表面压力和下游表面压力的差，ζ代表子通道的阻力系数，v代表区域流体速度，ρ代表流体密度。在本发明实施例中，水力直径采用在格架上游和下游分别延伸10倍以上水力直径的距离作为研究流域的入口和出口，进而实现对于整个定位格架排布方式的优化，初始化数据包括定位格架单元的物理模型以及几何流域参数，其中几何参数可以是几何流域的物理模型、初始条件、边界条件。

步骤S102，建立预先设置的多组定位格架模型，定位格架模型是由定位格架单元的物理模型按照不同排布方式构成的；

在本发明实施例中，建立预先设置的多组定位格架模型可以通过子通道程序确定多组定位格架模型，定位格架单元由于结构不同、尺寸不同以及几何形状不同，所以需要建立每个定位格架单元的物理模型，有针对性的研究每个定位格架单元对于流体的阻力，子通道是由相邻两个定位格架单元确定的。

步骤S103，对于每个定位格架模型，对定位格架模型在径向划分得到多个子通道，根据初始化数据计算定位格架的每个子通道的阻力系数；

在本发明实施例中，子通道是由相邻两个定位格架单元确定的，由于定位格架单元由于结构不同、尺寸不同以及几何形状不同，所以需要建立每个定位格架单元的物理模型，有针对性的研究每个定位格架单元对于流体的阻力，在本发明的又一实施例中，基于步骤S103，根据初始化数据计算每个子通道的阻力系数的步骤，如图2所示，包括：

步骤S201，将几何流域参数输入到定位格架的物理模型中进行绝热稳态计算至收敛，得到定位格架单元对应的子通道的阻力系数；

步骤S202，根据定位格架单元对应的子通道的阻力系数确定定位格架的每个子通道的阻力系数；

在本发明实施例中，定位格架整体模型中的子通道的阻力系数是由相邻两个定位格架单元的物理模型决定的，即需要计算出定位格架单元对应的阻力系数，然后再确定定位格架单元对应的子通道的阻力系数，子通道的阻力系数计算公式包括：

ζ＝ΔP×2g_c/(ρ×v²)

其中ΔP代表上表面压力和下游表面压力的差，ζ代表子通道阻力系数，v代表区域流体速度，ρ代表流体密度，另外计算阻力系数的方式可以依据实际情况而定，基于步骤S103，对于每个定位格架模型，对定位格架模型在径向划分得到多个子通道，根据初始化数据计算定位格架的每个子通道的阻力系数的步骤包括：

将初始化数据以及定位格架单元对应的子通道的阻力系数输入至子通道程序定位格架模型中，计算得到定位格架的每个子通道的阻力系数。具体实例如下：针对15×15的棒束，燃料棒棒径为10mm，导向管棒径为13mm，水力直径为12.375mm，10倍水力直径为123.75mm，计算流域从格架上游240mm处开始至格架下游510mm处结束，定位格架高度为36mm，总长786mm。选择的物理模型包括：三维计算、稳态计算、流体/物性自定义、重力、湍流、N-S方程、绝热等。定义进口类型，选择速度进口，速度大小为4.6926m/s；定力出口类型，选择压力出口，压力大小为15MPa；流体与格架接触的面定义为壁面；四周定义为对称面。在轴向取格架上游和下游10mm的区域作为格架研究部分，在径向进行以冷却剂为中心的子通道划分，得到了256个子通道，对某一个子通道区域的阻力系数ζ＝ΔP×2g_c/(ρ×v²)进行计算得到——获得上游表面压力Pu和下游表面压力P_d，压力差ΔP＝P_u-P_d；获得区域流体速度v；某一个子通道的阻力系数——对256个子通道分别分析，得到格架分布式阻力系数。

步骤S104，根据每个阻力系数从多组定位格架模型中选取最优定位格架模型；

在本发明实施例中，采用获取与定位格架单元一一对应的初始化数据，其中初始化数据包括相应的定位格架单元的物理模型和几何流域参数；建立预先设置的多组定位格架模型，定位格架模型是由定位格架单元的物理模型按照不同排布方式构成的；对于每个定位格架模型，对定位格架模型在径向划分得到多个子通道，根据初始化数据计算定位格架的每个子通道的阻力系数；根据每个阻力系数从多组定位格架模型中选取最优定位格架模型的方式，通过对定位格架模型在径向划分得到多个子通道并计算阻力系数，达到了从多组定位格架模型中筛选出最优定位格架模型的目的，从而实现了通过优化排布方式提高安全性能及经济性的技术效果。基于步骤S104，根据每个阻力系数从多组定位格架模型中选取最优定位格架模型的步骤，如图3所示，包括：

步骤S301，根据每个阻力系数计算每个定位格架模型的偏离泡核沸腾比；

步骤S302，根据每个定位格架模型的偏离泡核沸腾比，从多组定位格架模型中选取最优定位格架模型。

在本发明实施例中，首先，确定不同的格架排布方案，输入到子通道程序中格架建模中，对堆芯组件进行子通道建模计算。然后，得到不同格架排布方案下的DNBR(偏离泡核沸腾比)结果，DNBR，在反应堆设计中，为了保证反应堆的安全，在设计中总是要求核燃料元件表面的最大热流密度小于临界热流密度，即冷却剂带走的热量比核燃料释放的热量大，以防止堆芯过热融化，为了定量地表达这个安全要求，引入了DNBR进行对比分析，最后，根据热工设计准则的要求，MDNBR(偏离泡核沸腾比中的最小值)越大，热工安全性能越好。选取MDNBR最大的结果对应的格架排布方案，该方案即最佳格架排布方案。在现有技术的格架局部阻力系数的确定中，一般是根据实验结果，对定位格架局部阻力系数选用一个整体的局部阻力系数，该处理方式忽略了燃料组件径向不同子通道的局部压力变化差异，而上述方法对CFD结果进行子通道划分处理，得到了各个子通道的局部阻力系数，实现了定位格架的精细化模拟。同时，使用CFD方法对燃料棒束模拟，冲破了实验条件对于高温高压、组件尺寸等条件的限制，从而达到通过优化排布方式提高安全性能及经济性的技术效果。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容，本发明实施例还提供一种燃料组件的定位格架优化装置，如图4所示包括：

获取模块01，用于获取与定位格架单元一一对应的初始化数据，其中初始化数据包括相应的定位格架单元的物理模型和几何流域参数；

建立模块02，用于建立预先设置的多组定位格架模型，定位格架模型是由定位格架单元的物理模型按照不同排布方式构成的；

计算模块03，用于对于每个定位格架模型，对定位格架模型在径向划分得到多个子通道，根据初始化数据计算定位格架的每个子通道的阻力系数；

选取模块04，用于根据每个阻力系数从多组定位格架模型中选取最优定位格架模型。

其中，选取模块包括：计算单元，用于根据每个阻力系数计算每个定位格架模型的偏离泡核沸腾比；选取单元，用于根据每个定位格架模型的偏离泡核沸腾比，从多组定位格架模型中选取最优定位格架模型。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述方法。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种燃料组件的定位格架优化方法，其特征在于，所述定位格架由多个定位格架单元排布构成，该方法包括：

获取与所述定位格架单元一一对应的初始化数据，其中所述初始化数据包括相应的定位格架单元的物理模型和几何流域参数；

建立预先设置的多组定位格架模型，所述定位格架模型是由所述定位格架单元的物理模型按照不同排布方式构成的；

对于每个定位格架模型，对所述定位格架模型在径向划分得到多个子通道，根据所述初始化数据计算定位格架的每个子通道的阻力系数；

根据每个所述阻力系数从所述多组定位格架模型中选取最优定位格架模型。

2.根据权利要求1所述的燃料组件的定位格架优化方法，其特征在于，所述定位格架单元的物理模型如下：

其中ΔP代表上表面压力和下游表面压力的差，ζ代表所述子通道的阻力系数，v代表区域流体速度，ρ代表流体密度。

3.根据权利要求2所述的燃料组件的定位格架优化方法，其特征在于，根据所述初始化数据计算每个子通道的阻力系数的步骤包括：

将所述几何流域参数输入到所述定位格架的物理模型中进行绝热稳态计算至收敛，得到所述定位格架单元对应的子通道的阻力系数；

根据所述定位格架单元对应的子通道的阻力系数确定定位格架的每个子通道的阻力系数。

4.根据权利要求3所述的燃料组件的定位格架优化方法，其特征在于，所述子通道的阻力系数计算公式包括：

ζ＝ΔP×2g_c/(ρ×v²)

其中ΔP代表上表面压力和下游表面压力的差，ζ代表所述子通道阻力系数，v代表区域流体速度，ρ代表流体密度。

5.根据权利要求3所述的燃料组件的定位格架优化方法，其特征在于，对于每个定位格架模型，对所述定位格架模型在径向划分得到多个子通道，根据所述初始化数据计算定位格架的每个子通道的阻力系数的步骤包括：

将所述初始化数据以及所述定位格架单元对应的子通道的阻力系数输入至子通道程序定位格架模型中，计算得到定位格架的每个子通道的阻力系数。

6.根据权利要求1所述的燃料组件的定位格架优化方法，其特征在于，根据每个所述阻力系数从所述多组定位格架模型中选取最优定位格架模型的步骤包括：

根据每个所述阻力系数计算每个定位格架模型的偏离泡核沸腾比；

根据每个定位格架模型的偏离泡核沸腾比，从所述多组定位格架模型中选取最优定位格架模型。

7.一种燃料组件的定位格架优化装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取与所述定位格架单元一一对应的初始化数据，其中所述初始化数据包括相应的定位格架单元的物理模型和几何流域参数；

建立模块，用于建立预先设置的多组定位格架模型，所述定位格架模型是由所述定位格架单元的物理模型按照不同排布方式构成的；

计算模块，用于对于每个定位格架模型，对所述定位格架模型在径向划分得到多个子通道，根据所述初始化数据计算定位格架的每个子通道的阻力系数；

选取模块，用于根据每个所述阻力系数从所述多组定位格架模型中选取最优定位格架模型。

8.根据权利要求7所述的燃料组件的定位格架优化装置，其特征在于，所述选取模块包括：

计算单元，用于根据每个所述阻力系数计算每个定位格架模型的偏离泡核沸腾比；

选取单元，用于根据每个定位格架模型的偏离泡核沸腾比，从所述多组定位格架模型中选取最优定位格架模型。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至6任一项所述的方法。

10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1-6任一所述的方法。