CN113468763A - 一种模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法及系统，包括：模拟燃料组件参数设计：获取模拟燃料组件设计过程中的影响参数；模拟燃料组件三维建模：对模拟燃料组件进行三维几何模型的建立；模拟燃料组件三维网格生成：将将建立的三维几何模型导入到网格划分软件自动划分网格，输出网格文件；仿真运行：在设计仿真平台上进行燃料组件三维仿真。本发明实现了参数化地模拟燃料组件水力实验设计和仿真，输入原始燃料组件的参数即可自动获取合适的模拟燃料组件参数，并自动开展三维模型设计、仿真，迭代出最优组件参数，解决传统模拟燃料组件水力特性实验流程繁琐、设计仿真结果因人而异、试验周期长、成本高等问题，显著提高实验设计分析效率。

Description

一种模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法及系统
技术领域
本发明涉及核反应堆水力特性模拟实验研究技术领域，具体而言，涉及一种模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法及系统。
背景技术
模拟燃料组件是原型核反应堆燃料组件的水力试验缩比模型，是核反应堆整体缩比模型中最核心的部件。模拟燃料组件如何正确反映原型流场，对于反应堆水力特性模拟实验研究的准确性至关重要。模拟燃料组件的研发，涉及组件模化方法研究、模拟燃料组件结构设计、试验装置规模论证、试验装置建设或适应性改造、系统调试、模拟燃料组件加工、样件标定试验、循环结构优化等一系列复杂繁琐的过程，最终才能结构定型并生产，是整体水力试验模型研制中最繁琐、耗时的工作。
目前，在模拟燃料组件研发及水力特性试验流程中结合了一定程度设计仿真分析。但传统的设计与仿真分析过程仍存在以下问题：(1)设计、仿真工具数量众多，版本混乱，工具之间数据孤立，共享交换困难，导致实验设计与仿真过程效率低下；(2)设计仿真分析入门难度高，软件操作复杂；(3)不同人员的能力和经验水平不同，仿真效果因人而异。上述问题导致了设计与仿真无法深入参与模拟燃料组件研发中，设计与试验优化过程仍以实体实验迭代为主，极大影响了模拟燃料组件研发效率。为了解决这些问题，急需一种新的方法。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，现有的核反应堆水力模拟实验中的设计仿真过程效率低下、仿真结果因人而异、试验周期长、成本高，导致设计与仿真无法深入参与模拟燃料组件研发中，设计与试验优化过程仍以实体实验迭代为主，极大影响了模拟燃料组件研发效率。目的在于提供一种模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法，能够实现参数化地模拟燃料组件水力实验系统设计和仿真，有效缩短模拟燃料组件的设计及仿真优化周期，提升实验效率。
本发明通过下述技术方案实现：
一种模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法，其特征在于按照以下步骤：
(1)模拟燃料组件参数设计：获取模拟燃料组件设计过程中的影响参数；
(2)模拟燃料组件三维建模：对模拟燃料组件进行三维几何模型的建立；
(3)模拟燃料组件三维网格生成：将建立的三维几何模型导入到网格划分软件自动划分网格，输出网格文件；
(4)仿真运行：在设计仿真平台上进行虚拟燃料组件三维仿真。
优选地，还包括步骤(5)：仿真分析，将(4)中的仿真计算结果与设定目标比对；
若仿真计算结果达到设定目标值，则输出模拟燃料组件的设计结果、仿真数据，若仿真计算结果未达到设定目标值，则重新获取修改后的各影响参数并重复后续过程，直至获得最优迭代参数，并输出设计结果、仿真数据。
优选地，所述模拟燃料组件三维建模具体地为设计仿真平台驱动将影响参数传递到几何建模工具的输入端，并驱动几何建模工具后台自动运行更新模型，得到模拟燃料组件的三维几何模型。
优选地，所述几何建模工具为UG软件。
优选地，所述建立的三维几何模型采用统一的数据接口导入到所述网格划分软件。
优选地，所述网格划分软件采用ICEM软件。
优选地，所述仿真运行是通过集成封装于设计仿真平台上的Fluent软件进行。
优选地，所述影响参数为模拟燃料组件三维几何模型的特征尺寸参数。
一种模拟燃料组件水力特性的设计仿真系统，采用以上所述的设计仿真方法进行设计仿真。
优选地，包括设计仿真平台，所述设计仿真平台包括统一数据结构接口、封装的商业工具软件、及由各所述商业工具软件形成的设计仿真模板。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明实施例提供的一种模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法及系统，实现了参数化地模拟燃料组件水力实验系统设计和仿真，通过设计仿真平台，输入原始燃料组件的参数即可自动获取合适的模拟燃料组件参数，并自动开展三维模型设计、仿真实验流程，迭代出最优的组件参数，解决了传统模拟燃料组件水力特性实验流程中存在的过程繁琐、设计仿真结果因人而异、试验周期长、成本高等问题，本发明的设计仿真方法可以更深层次地参与模拟燃料组件的研发中，大大缩短了模拟燃料组件研发定型时间，显著提高实验的设计分析效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提供的模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“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保护范围的限制。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例提供的一种模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法，按照以下步骤：
(1)模拟燃料组件参数设计：获取模拟燃料组件设计过程中的影响参数；这些影响参数是由原型燃料组件通过特定的已知的缩比方法计算获得，具体地缩比比例根据实际需要进行确定。影响参数是模拟燃料组件三维几何模型的特征尺寸参数，如影响组件的水力特性实验流程的结构参数、水力性能参数等，具体地包括如组件的整体尺寸、燃料棒径、棒长、阻力调节孔大小等，组件设计过程中的关键参数可根据需求进行增加或删减。这些特征尺寸参数是三维建模过程中建模工具输入端的几何模型输入。
(2)模拟燃料组件三维建模：对模拟燃料组件进行三维几何模型的建立；采用几何建模工具如UG软件，使用统一的数据接口经设计仿真平台驱动将获取的影响参数传递到几何建模工具的输入端，再驱动几何建模工具后台自动运行，更新模型，即为模拟燃料组件的三维几何模型，几何建模工具输出模拟燃料组件的三维几何模型文本，此三维几何模型文本作为网格划分软件的输入。
(3)模拟燃料组件三维网格生成：将建立的三维几何模型采用统一的数据接口，导入到网格划分软件ICEM软件，自动划分网格，输出网格文件。网格文件作为Fluent软件的输入被Fluent软件直接读取。
(4)仿真运行：在设计仿真平台上，采用Fluent软件读取网格文件，通过对软件操作记录文本解析与覆盖，驱动仿真软件自动开展仿真。
(5)仿真分析：将(4)中的仿真计算结果与设定目标比对；若仿真计算结果达到设定目标值，则输出模拟燃料组件的设计结果、仿真数据，若仿真计算结果未达到设定目标值，则返回到步骤(1)重新获取修改后的各参数并进行后续的步骤(2)-(5)的过程，直至获得最优迭代参数及组合参数，然后输出设计结果、仿真数据，并将仿真结果展示在设计仿真平台。其中设定目标值为采用原型燃料组件进行水动力特性实验时的各个实验结果值。
仿真软件主要包括各种分析工具的一体化协同设计仿真框架，包括采用统一的数据接口对模拟燃料组件参数计算程序、几何建模工具UG、网格划分软件ICEM、流体仿真软件Fluent的集成封装，以及它们输入与输出之间数据映射后所构成的流程。统一接口的流程模板，保证了自动化、参数化的模拟燃料组件研发流程。
实施例2：
一种模拟燃料组件水力特性的设计仿真系统，采用如实施例1中所述的设计仿真方法进行设计仿真。
此设计仿真系统包括设计仿真平台，设计仿真平台的底层包括了统一的数据结构接口、封装的各种商业工具软件和它们形成的设计仿真模板。其中商业工具软件包括上述所说的UG软件、网格划分软件ICEM、流体仿真软件Fluent。具体地是利用现有的软件封装工具将模拟燃料组件研发所涉及的各个工具软件进行封装，形成各种能调用的设计仿真模板；采用C++编写模化参数设计模块，输出模拟燃料组件的初步设计参数，具体地C++编写设计模块为已知技术；编写统一的数据接口，能读取上游的输出参数给到下游，将UG软件的几何模型与网格划分软件ICEM中的网格模型参数进行关联，具体地关联方法及操作为常规方法、操作；梳理模拟燃料组件研发流程，以及各个流程所需要输入输出的参数，利用数据接口关联映射，将封装好的模板串联或并联成固化流程，包括各种逻辑运算模块，具体地此过程中涉及的方法均采用已知的方法进行。
本发明在使用时，只需要通过设计仿真平台输入原型燃料组件的尺寸和水力参数，流程即可自动运行，给出模拟燃料组件的设计参数和该参数下的水力学仿真结果。且本发明的中所涉及到的各种方法、过程等，如有未进行详述的，均为已知技术或公知常识，或采用已知技术得到的。
本领域普通技术人员可以理解实现上述事实和方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，涉及的程序或者所述的程序可以存储于一计算机所可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤，而前述的存储介质包括ROM/RAM、磁碟、光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法，其特征在于按照以下步骤：
(1)模拟燃料组件参数设计：获取模拟燃料组件设计过程中的影响参数；
(2)模拟燃料组件三维建模：对模拟燃料组件进行三维几何模型的建立；
(3)模拟燃料组件三维网格生成：将建立的三维几何模型导入到网格划分软件自动划分网格，输出网格文件；
(4)仿真运行：在设计仿真平台上进行虚拟燃料组件三维仿真。
2.根据权利要求1所述的模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法，其特征在于：还包括步骤(5)：仿真分析，将(4)中的仿真计算结果与设定目标比对；
若仿真计算结果达到设定目标值，则输出模拟燃料组件的设计结果、仿真数据，若仿真计算结果未达到设定目标值，则重新获取修改后的各影响参数并重复后续过程，直至获得最优迭代参数，并输出设计结果、仿真数据。
3.根据权利要求1所述的模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法，其特征在于：所述模拟燃料组件三维建模具体地为设计仿真平台驱动将影响参数传递到几何建模工具的输入端，并驱动几何建模工具后台自动运行更新模型，得到模拟燃料组件的三维几何模型。
4.根据权利要求3所述的模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法，其特征在于：所述几何建模工具为UG软件。
5.根据权利要求1所述的模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法，其特征在于：所述建立的三维几何模型采用统一的数据接口导入到所述网格划分软件。
6.根据权利要求5所述的模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法，其特征在于：所述网格划分软件采用ICEM软件。
7.根据权利要求1所述的模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法，其特征在于：所述仿真运行是通过集成封装于设计仿真平台上的Fluent软件进行,。
8.根据权利要求1所述的模拟燃料组件水力特性试验的设计仿真方法，其特征在于：所述影响参数为模拟燃料组件三维几何模型的特征尺寸参数。
9.一种模拟燃料组件水力特性的设计仿真系统，其特征在于：采用如权利要求1-8任一项所述的设计仿真方法进行设计仿真。
10.根据权利要求9所述的一种模拟燃料组件水力特性的设计仿真系统，其特征在于：包括设计仿真平台，所述设计仿真平台包括统一数据结构接口、封装的商业工具软件、及由各所述商业工具软件形成的设计仿真模板。
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