CN111428378A - 应用于热力场分布研究的电阻加热模型 - Google Patents

Abstract

本发明公布了应用于热力场分布研究的电阻加热模型，其步骤在于：采用电阻加热进行模拟分析，电阻加热过程，满足最基本的欧姆定律；设置边界条件，把金属块的一个侧面设置成终端，在这个边界条件中，在里面选择在金属表面上施加驱动；选择电流作为终端类型，输入电流采用插值函数的形式；与终端对应的面，设置为接地；其余四个面为电绝缘边界；将其输入到传热场中的热源项中，即可将电流场与传热场进行耦合，从而计算被加热金属的温度分布。

Description

应用于热力场分布研究的电阻加热模型

技术领域

本发明涉及热力场的分布技术，特别涉及应用于热力场分布研究的电阻加热模型。

背景技术

近年来，随着能源问题和环境问题的日益严峻，核电作为一种清洁能源得到了广泛的应用，但其安全性也引起了人们的广泛关注。其中，失水事故(Loss of CoolantAccident，LOCA)，是指在冷却水确实的条件下燃料棒的温度急剧升高，高温环境下核燃料包壳管发生迫切引起放射性物质的泄露，是核反应堆运行过程中可能发生的最严重事故之一。失水事故产生的影响主要和边界破裂产生的破口大小、系统发生失水事故之前的状态以及边界破裂的位置有关。通常，LOCA工况下包壳材料失效会引发严重的核事故，因而，对LOCA工况下包壳材料的研究引起了人们的广泛关注。然而，由于实验条件的限制，而仿真模拟由于其可操作性已经引起了人们的广泛关注。因而，对LOCA下包壳材料的模拟计算成为一种有效的手段，进而为核电提供可靠度的理论支持。

发明内容

目前人们对于LOCA下包壳材料在不同模拟加热条件(感应加热、电阻加热等)下的研究相对较少。为解决现有技术中存在的不足，本发明将基于可变气氛感应加热实验平台，结合反应堆LOCA工况条件，模拟包壳材料在失水事故工况下的热传导特性，计算了典型锆合金核材料LOCA事故条件下，经电阻加热处理后包壳管内部温度场的三维分布，进而与感应加热温升行为作对比。

为实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案如下。

应用于热力场分布研究的电阻加热模型，其步骤在于：

S1：建立分析模型，在模型中，金属块设置于环形线圈的中心处；

S2：采用电阻加热与电磁感应加热进行对比分析，电阻加热过程，满足最基本的欧姆定律，其控制方程如下所示：

其中Q_j,v为电流源，

为电流密度，

为外部电流密度，

表示场强，V为电势；我们选择整个金属块作为电流模块的求解域；

S3：设置边界条件，把金属块的一个侧面设置成终端，在这个边界条件中，可以在里面选择在金属表面上施加的驱动形式，如电压，电流等；

终端的方程积分形式如下所示：

在本模型中，选择电流作为终端类型，输入电流采用插值函数的形式；

S4：与终端对应的面，设置为接地：

V＝0

S5：如图4所示，其余四个面为电绝缘边界：

电场求解过程中产生的焦耳热源表达形式为：

Q_h＝J_x·E_x+J_y·E_y+J_z·E_z

将其输入到传热场中的热源项中，即可将电流场与传热场进行耦合，从而计算被加热金属的温度分布。

本发明与现有技术相比，取得的进步以及优越性在于：建立了可应用于热力场分布研究的电阻加热模型，进而为LOCA条件下的温度场模拟以及其他相关领域的研究提供了理论支撑。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1为本发明提供的模型结构示意图。

图2为电流随时间的变化图。

图3为本发明提供的模型结构示意图。

图4为本发明提供的模型结构示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

应用于热力场分布研究的电阻加热模型，其步骤在于：

S1：建立分析模型，在模型中，金属块设置于环形线圈的中心处；

S2：采用电阻加热与电磁感应加热进行对比分析，电阻加热过程，满足最基本的欧姆定律，其控制方程如下所示：

其中Q_j,v为电流源，

为电流密度，

为外部电流密度，

表示场强，V为电势。我们选择整个金属块作为电流模块的求解域；

S3：设置边界条件，把金属块的一个侧面设置成终端，在这个边界条件中，可以在里面选择在金属表面上施加的驱动形式，如电压，电流等。

终端的方程积分形式如下所示：

在本模型中，选择电流作为终端类型，输入电流采用插值函数的形式，电流随时间的变化如图2所示：

S4：如图3所示，与终端对应的面，设置为接地：

V＝0

S5：如图4所示，其余四个面为电绝缘边界：

电场求解过程中产生的焦耳热源表达形式为：

Q_h＝J_x·E_x+J_y·E_y+J_z·E_z

将其输入到传热场中的热源项中，即可将电流场与传热场进行耦合，从而计算被加热金属的温度分布。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.应用于热力场分布研究的电阻加热模型，其步骤在于：

S1：建立分析模型，在模型中，金属块设置于环形线圈的中心处；

S2：采用电阻加热与电磁感应加热进行对比分析，电阻加热过程，满足最基本的欧姆定律，其控制方程如下所示：

其中Q_j,v为电流源，

为电流密度，

为外部电流密度，

表示场强，V为电势。我们选择整个金属块作为电流模块的求解域；

S3：设置边界条件，把金属块的一个侧面设置成终端，在这个边界条件中，在里面选择在金属表面上施加的驱动形式；

终端的方程积分形式如下所示：

在本模型中，选择电流作为终端类型，输入电流采用插值函数的形式；

S4：与终端对应的面，设置为接地：

V＝0

S5：其余四个面为电绝缘边界：

电场求解过程中产生的焦耳热源表达形式为：

Q_h＝J_x·E_x+J_y·E_y+J_z·E_z

将其输入到传热场中的热源项中，即可将电流场与传热场进行耦合，从而计算被加热金属的温度分布。

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