CN113792449B - 核反应堆监测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种核反应堆监测方法及系统，该方法包括：采用动网格模型将核反应堆内各通道的流体区域划分为多个控制体；将各通道在当前时刻的所有控制体的液面高度相加，获取各通道的液面高度，根据各通道的液面高度，获取任意两个连通的通道中上升通道的出口压力和下降通道的入口压力；根据两个通道中上升通道的出口压力和下降通道的入口压力，基于第一动量守恒方程计算连接任意两个连通的通道的通孔的质量流量；根据各通道的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，通孔的质量流量，确定核反应堆是否正常。本发明将液面高度与根据热工水力参数特性建立的动量守恒方程联合，获取更加精确的热工水力参数，以获取更加准确的核反应堆的监测结果。

Description

核反应堆监测方法及系统
技术领域
本发明涉及核反应堆技术领域，尤其涉及一种核反应堆监测方法及系统。
背景技术
目前针对核反应堆热工水力参数的建模计算中，主要依托三维VOF(Volume OfFluid，流体体积函数)方法建模来计算获取核反应堆的热工水力参数。此方法对于检测局部热工水力特性较为有效。但是这种三维VOF方法计算复杂，需要的参数众多，将其嵌入到核反应堆安全系统程序中，严重影响核反应堆安全系统程序的计算效率。因此，在反应堆的安全设计中，基于一维方法进行的系统程序计算更具有现实意义。
但是，现有的一维方法的计算中，仅仅考虑流体热工水力特征性来获取热工水力参数中的质量流量、入口压力和出口压力等。而影响热工水力参数的因素较多，如在核反应堆系统程序搭建过程中，针对以钠冷快堆为代表的池式堆，一回路中存在多种方式的自由液面，其液位高度随着瞬态运行工况的不同实时变化，以图1为例，通道中液位高度的变化与流体的流速及流动方向均息息相关。因此，仅根据流体热工水力特征性，难以获取准确的热工水力参数中的质量流量、入口压力和出口压力，导致核反应堆的监测结果不准确。
发明内容
本发明提供一种核反应堆监测方法及系统，用以解决现有技术中一维核反应堆安全系统程序中仅根据流体热工水力特征性，难以获取准确的热工水力参数中的质量流量、入口压力和出口压力，导致核反应堆的监测结果不准确缺陷，实现对核反应堆的准确监测。
本发明提供一种核反应堆监测方法，包括：
采用动网格模型将核反应堆内各通道的流体区域划分为多个控制体；
将各通道在当前时刻的所有控制体的液面高度相加，获取各通道在所述当前时刻的液面高度，并根据各通道在所述当前时刻的液面高度，获取任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力；
根据所述任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力，基于第一动量守恒方程计算连接所述任意两个连通的通道的通孔在所述当前时刻的质量流量；
分别判断所述各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件，根据判断结果确定所述核反应堆是否处于正常状态。
根据本发明提供的一种核反应堆监测方法，在所述将各通道在当前时刻的所有控制体的液面高度相加，获取各通道在所述当前时刻的液面高度之前，还包括：
根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的质量流量和质量，基于质量守恒方程计算各控制体在当前时刻的质量；
根据各控制体在所述当前时刻的质量、流体密度和流通面积，获取各控制体在所述当前时刻的液面高度。
根据本发明提供的一种核反应堆监测方法，在所述根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的质量流量和质量，基于质量守恒方程计算各控制体在当前时刻的质量之前，还包括：
在任一控制体满足第二预设条件的情况下，将与该控制体所属的通道连接的通孔在所述上一时刻的质量流量，作为该控制体在所述上一时刻的质量流量；
其中，所述第二预设条件包括任一控制体所属的通道为上升通道，且该控制体位于该控制体所属的通道的出口处；或者，任一控制体所属的通道为下降通道，且该控制体位于该控制体所属的通道的入口处。
根据本发明提供的一种核反应堆监测方法，在所述分别判断所述各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件之前，包括：
根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的入口压力、出口压力、压力损耗和质量流量，基于第二动量守恒方程，计算各控制体在所述当前时刻的质量流量；
对于所述通道中的每个上升通道，将位于每个上升通道的出口处的控制体在所述当前时刻的质量流量，作为每个上升通道在所述当前时刻的质量流量；
对于所述通道中的每个下降通道，将位于每个下降通道的入口处的控制体在所述当前时刻的质量流量，作为每个下降通道在所述当前时刻的质量流量。
根据本发明提供的一种核反应堆监测方法，所述压力损耗包括摩擦阻力压力损耗、重力压力损耗、局部阻力压力损耗和加速度压降损耗。
根据本发明提供的一种核反应堆监测方法，所述根据各通道在所述当前时刻的液面高度，获取任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力，包括：
将各通道的液面高度和各通道的通孔相对于各通道的高度相减，获取各通道的通孔上方的液位高度；
对于所述通道中的每个上升通道，根据预设恒压气体压力、每个上升通道在所述当前时刻的流体密度、重力系数和通孔上方的液位高度，计算每个上升通道在所述当前时刻的出口压力；
对于所述通道中的每个下降通道，根据所述预设恒压气体压力、每个下降通道在所述当前时刻的流体密度、重力系数和通孔上方的液位高度，计算每个下降通道在所述当前时刻的入口压力。
根据本发明提供的一种核反应堆监测方法，还包括：
根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的变换热量、焓值、质量流量、长度、流体密度和流通面积，基于能量守恒方程计算各控制体在所述当前时刻的焓值；
分别判断各控制体在所述当前时刻的焓值、各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件，根据判断结果确定所述核反应堆是否处于正常状态。
本发明还提供一种核反应堆监测系统，包括：
划分模块，用于采用动网格模型将核反应堆内各通道的流体区域划分为多个控制体；
获取模块，用于将各通道在当前时刻的所有控制体的液面高度相加，获取各通道在所述当前时刻的液面高度，并根据各通道在所述当前时刻的液面高度，获取任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力；
计算模块，用于根据所述任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力，基于第一动量守恒方程计算连接所述任意两个连通的通道的通孔在所述当前时刻的质量流量；
监测模块，用于分别判断所述各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件，根据判断结果确定所述核反应堆是否处于正常状态。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述核反应堆监测方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述核反应堆监测方法的步骤。
本发明提供的核反应堆监测方法及系统，通过采用动网格模型将各通道的流体区域划分为多个控制体，并根据各通道内所有控制体的液面高度，准确获取各通道的液面高度；并将具有高精度的各通道的液面高度与根据热工水力参数特性建立的动量守恒方程联合，使得计算获取的各通道的入口压力和出口压力、以及通孔的质量流量更加精确；并联合具有高精确度的各通道的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及通孔的质量流量，可以准确获取核反应堆的监测结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是现有技术提供的核反应堆内通道的流体流量的结构示意图；
图2是本发明提供的核反应堆监测方法的流程示意图；
图3是本发明提供的核反应堆监测方法中两个连通的通道的网格划分结果分布的结构示意图；
图4是本发明提供的核反应堆监测方法中两个连通的通道的质量流量变化趋势和通孔的质量流量变化趋势的结构示意图；
图5是本发明提供的核反应堆监测方法中两个连通的通道的液面高度变化趋势的结构示意图；
图6是本发明提供的核反应堆监测系统的结构示意图；
图7是本发明提供的电子设备的结构示意图。
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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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作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。
下面结合图2描述本发明的核反应堆监测方法，包括：步骤201，采用动网格模型将核反应堆内各通道的流体区域划分为多个控制体；
其中，动网格模型可以用来模拟流场形状由于边界运动而随时间改变的问题；
动网格模型的边界包括通道中上升通道的入口压力和入口焓值，以及下降通道的出口压力，本实施例不对此作具体地限定。
通道的数量可以根据实际需求进行设置，如两个。
通道可以是主容器冷却系统和泵支撑冷却系统等，本实施例对此不作具体地限定。
可选地，采用动网格模型对各通道的流体区域划分，分别将各通道的流体区域划分为多个控制体。其中，控制体的数量以及网格模型划分的方式等可以根据实际需求灵活设置。
步骤202，将各通道在当前时刻的所有控制体的液面高度相加，获取各通道在所述当前时刻的液面高度，并根据各通道在所述当前时刻的液面高度，获取任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力；
可选地，首先，获取各通道包含的所有控制体在当前时刻的液面高度，并将其相加，获取各通道在当前时刻的液面高度。
其中，计算各通道的液面高度的公式为：
其中，Zt+1为各通道在t+1时刻的液面高度；Zcv,i,t+1为各通道在t时刻的各控制体的液面高度。
可选地，任意两个通道之间可以通过通孔进行并联连接。其中，并联连接的两个通道中的液面高度不同，使得两个并联通道中的流体可以相互流动。
根据各通道的液面高度，以及与各通道连接的通孔在通道上的位置高度，计算获取与各通道连接的通孔上方的液面高度；
然后，将各通道连接的通孔上方的液面高度输入相应的动量守恒方程，可以求解获取上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力。
由于，各通道的入口压力和出口压力在液面高度发生变化时，也会产生相应的变化。因此，本实施例联合液面高度和相应的动量守恒方程，使得计算的各通道的入口压力和出口压力更加精确。
步骤203，根据所述任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力，基于第一动量守恒方程计算连接所述任意两个连通的通道的通孔在所述当前时刻的质量流量；
其中，质量流量是指单位时间里流体通过封闭管道或敞开槽有效截面的流体质量。
可选地，由于连接两个并联通道的通孔内的压力变化主要与两个连通的通道中上升通道的出口压力和下降通道的入口压力相关。因此，可以根据两个连通的通道中上升通道的出口压力和下降通道的入口压力建立通道的第一动量守恒方程。
其中，第一动量守恒方程的计算公式为：
其中，为通孔C在t+1时刻的压降损耗，/>和/>分别为通孔C在t+1时刻的局部阻力系数、质量流量、流通面积和流体密度；|·|为绝对值操作；/>和/>为通孔连接两个并联通道中上升通道u在t+1时刻的出口压力和下降通道l在t+1时刻的入口压力。
其中，可以根据通孔连接两个并联通道内的流体密度确定，如将两个并联通道中上升通道的流体密度作为通孔C内的流体密度，或下降通道的流体密度作为通孔C内的流体密度，本实施例不对此作具体地限定。
本实施例通过将液面高度与热工水力特性计算进行有机结合，使得动网格模型与一维系统程序深度耦合，进而实现系统程序可以更加准确地计算出液面高度的瞬态变化，以及热工水力参数中的入口压力、出口压力和质量流量等。
步骤204，分别判断所述各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件，根据判断结果确定所述核反应堆是否处于正常状态。
可选地，通过上述计算的过程，可以准确获取到各通道的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及各通孔的质量流量这一系列参数。
其中，每个参数与第一预设条件一一对应，每个参数相应的第一预设条件可以根据实际需求进行设置。
然后，可以判断所有参数是否均满足相应的第一预设条件；若存在任一参数不满足相应的第一预设条件，则确定核反应堆处于异常状态；若所有参数均满足相应的第一预设条件，则确定核反应堆处于正常状态。
也可按照上述计算过程迭代计算获取多个时刻的各通道的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及各通孔的质量流量。联合多个时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力变化趋势，辅助监测核反应堆是否处于正常状态。如判断多个时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力变化趋势是否满足相应的条件，进而辅助监测核反应堆是否处于正常状态。
其中，可以采用吉尔算法执行上述迭代计算过程，本实施例对此不作具体地限定。
本实施例首先采用动网格模型将各通道的流体区域划分为多个控制体，并根据各通道内所有控制体的液面高度，准确获取各通道的液面高度；并将具有高精度的各通道的液面高度与根据热工水力参数特性建立的动量守恒方程联合，使得计算获取的各通道的入口压力和出口压力、以及通孔的质量流量更加精确；并联合具有高精确度的各通道的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及通孔的质量流量，可以准确获取核反应堆的监测结果。
在上述实施例的基础上，本实施例中在所述将各通道在当前时刻的所有控制体的液面高度相加，获取各通道在所述当前时刻的液面高度之前，还包括：根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的质量流量和质量，基于质量守恒方程计算各控制体在当前时刻的质量；根据各控制体在所述当前时刻的质量、流体密度和流通面积，获取各控制体在所述当前时刻的液面高度。
可选地，获取各控制体在当前时刻的液面高度的步骤包括，首先，获取各控制在当前时刻的上一时刻的质量流量和质量，并将各控制体在上一时刻的质量流量和质量代入质量守恒方程中，计算获取各控制体在当前时刻的质量。
其中，质量守恒方程的计算公式为：
其中，mi,t+1和mi,t分别为第i个控制体在t+1时刻的质量和t时刻的质量；Δt为t+1时刻和t时刻之间的时间差；Wi，in，t和Wi，out，t为第i个控制体的入口质量流量和出口质量流量。
其中，Wi，in，t为按照通道内的流体流向方向排列在第i个控制体之前，且相邻的控制体的出口质量流量；Wi，out，t为该控制体自身的质量流量。
如图3所示，针对左侧的上升通道对任一控制体的质量守恒方程进行描述。
按照该通道内的流体流向方向从下到上的依次加1的方式对该通道内的各控制体进行编号；
其中，编号为2的控制体的入口质量流量为编号为1的控制体的出口质量流量。
则对于编号为2的控制体的质量守恒方程为：
可选地，由于当两个并联通道中的驱动压头发生变化，两个并联通道的液面高度也会随之发生变化，两个并联通道间的流体流动方向也会根据自由液面高度发生变化，同时流体流动状况也限制着自由液面高度的变化。其中，流体流动状况包括质量、流体密度和流通面积等。因此，可以根据各控制体的质量、流体密度、流通面积和液面高度建立相应的动量守恒方程。
其中，计算各控制体在所述当前时刻的液面高度的公式为：
其中，Zcv,i,t+1、mi,t+1、ρi,t+1和Ai,t+1分别为第i个控制体在t+1时刻的液面高度、质量、流体密度和流通面积。
本实施例根据各控制体的质量、流体密度和流通面积对液面高度的影响，建立相应的动量守恒方程，以精确获取各控制体在当前时刻的液面高度。
在上述实施例的基础上，本实施例中在所述根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的质量流量和质量，基于质量守恒方程计算各控制体在当前时刻的质量之前，还包括：在任一控制体满足第二预设条件的情况下，将与该控制体所属的通道连接的通孔在所述上一时刻的质量流量，作为该控制体在所述上一时刻的质量流量；其中，所述第二预设条件包括任一控制体所属的通道为上升通道，且该控制体位于该控制体所属的通道的出口处；或者，任一控制体所属的通道为下降通道，且该控制体位于该控制体所属的通道的入口处。
可选地，为了使得任意连通的两个通道流入或流出通孔的质量流量，以及通孔内的质量流量趋于稳定状态，在获取到通孔内的质量流量后，根据通孔内的质量流量，以及两个通道中的上升通道的出口处的第一个控制体的质量流量，和下降通道的入口处的第一个控制体的质量流量，建立质量流量守恒方程，具体公式为：
其中，和/>分别为通孔C在t+1时刻的质量流量，通孔连接两个并联通道中上升通道u和下降通道l在t+1时刻流入和流出通孔的质量流量。
即，在获取到通孔内的质量流量后，将通孔内的质量流量作为上升通道的出口处的第一个控制体的质量流量，将通孔内的质量流量作为下降通道的入口处的第一个控制体的质量流量。
如图3所示，针对左侧的上升通道，编号为N+2的控制体在t+1时刻的质量流量为
针对右侧的下降通道，按照该通道内的流体流向方向的反方向从下到上的依次加1的方式对该通道内的各控制体进行编号；则标号为N+2的控制体在t+1时刻的质量流量为
如图4所示，在初始迭代计算过程中，WC、Wu,out和Wl,in之间存在较大的差别，在经过多次迭代计算后，WC、Wu，out和Wl，in趋于稳定。在边界条件改变的情况下，WC、Wu,out和Wl,in之间存在较大的差别，而在针对改变后的边界条件，继续多次迭代计算后，WC、Wu,out和Wl,in又趋于稳定。
如图5所示，为任意两个连通的通道中上升通道和下降通道中的质量流量随时间变化的趋势。
通过图4和图5，可知各通道的质量流量与液面高度，以及通孔的质量流量相互关联，在整个瞬态变化过程中其变化趋势相辅相成，相互影响。因此，液面高度对热工水力计算具有重要的意义，联合液面高度和热工水力特性，可以使得热工水力参数的计算结果更加准确。
通过这种方式可以有效获取核反应对在整个瞬态变化过程中通孔C质量流量，通孔连接两个并联通道中上升通道u和下降通道l的质量流量的瞬态变化规律，也可以通过这种瞬态变化规律，辅助核反应堆监测，以准确获取核反应的检测结果。
在上述各实施例的基础上，本实施例中在所述分别判断所述各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件之前，包括：根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的入口压力、出口压力、压力损耗和质量流量，基于第二动量守恒方程，计算各控制体在所述当前时刻的质量流量；对于所述通道中的每个上升通道，将位于每个上升通道的出口处的控制体在所述当前时刻的质量流量，作为每个上升通道在所述当前时刻的质量流量；对于所述通道中的每个下降通道，将位于每个下降通道的入口处的控制体在所述当前时刻的质量流量，作为每个下降通道在所述当前时刻的质量流量。
可选地，由于各控制体的质量流量的变化与入口压力、出口压力、压力损耗相关。因此，可以根据各控制体的质量流量的变化、入口压力、出口压力和压力损耗建立第二动量守恒方程，具体公式为：
其中，Li，t、Ai,t、Pi,in，t、Pi，out，t、ΔPi，t和Wi，t分别为第i个控制体在t时刻的长度、流通面积，入口压力、出口压力、压力损耗和质量流量；Wi,t+1第i个控制体在t+1时刻的质量流量，Δt为t+1时刻和t时刻之间的时间差。
其中，各通道内每个控制体的长度由将与各通道连接的通孔位于各通道的位置高度除以各通道包含的所有控制体的数量相除获取。
Pi，in，t为按照通道内的流体流向方向排列在第i个控制体之前，且相邻的控制体的出口压力；Pi，out，t为该控制体自身的压力。
可选地，由于两个连接的通道中上升通道的入口压力为边界值，即为已知值，因此，上升通道的入口处的第一控制体的压力为已知值。
且在上升通道中，Pi,out,t＝Pi,in,t-ΔPi,t，因此，根据上升通道的入口处的第一控制体的压力以及该方程可以推导出上升通道中各控制体的入口压力和出口压力。
或者，在已知根据液位高度计算获取的上升通道中的出口压力的情况，即上升通道出口处的第一控制体的压力为已知值。根据上升通道出口处的第一控制体的压力和Pi,in,t＝Pi,out,t+ΔPi,t方程推导出上升通道中各控制体的入口压力和出口压力。本实施例对此不作具体地限定。
需要说明的是，当从上升通道入口处的第一控制体推导各控制体的压力时，若推导出来的上升通道出口处的第一控制体的压力与已知的上升通道中的出口压力不一致，则将已知的上升通道中的出口压力作为上升通道出口处的第一控制体的压力；
当从上升通道出口处的第一控制体推导各控制体的压力时，若推导出来的上升通道入口处的第一控制体的压力与边界条件中上升通道中的入口压力不一致，则将边界条件中上升通道的入口压力作为上升通道入口处的第一控制体的压力。
由于两个连接的通道中下降通道的出口压力为边界值，即为已知值，因此，下降通道的出口处的第一控制体的压力为已知值。
且在下降通道中，Pi,in,t＝Pi,out,t+ΔPi,t，因此，根据下降通道的出口处的第一控制体的压力和该方程可以推导出下降通道中各控制体在上一时刻的入口压力和出口压力。
或者，在已知根据液位高度计算获取的下降通道中的入口压力的情况，即下降通道入口处的第一控制体的压力为已知值。根据下降通道入口处的第一控制体的压力和Pi,out,t＝Pi,in,t-ΔPi,t方程推导出下降通道中各控制体的入口压力和出口压力。本实施例对此不作具体地限定。
需要说明的是，当从下降通道入口处的第一控制体推导各控制体的压力时，若推导出来的上升通道出口处的第一控制体的压力与边界条件中上升通道中的出口压力不一致，则将边界条件中上升通道中的出口压力作为上升通道出口处的第一控制体的压力；
当从上升通道出口处的第一控制体推导各控制体的压力时，若推导出来的上升通道入口处的第一控制体的压力与已知的上升通道中的入口压力不一致，则将已知的上升通道的入口压力作为上升通道入口处的第一控制体的压力。如图3，针对左侧的上升通道，编号为2的控制体的入口压力为编号为1的控制体的出口压力。
则对于编号为2的控制体的质量守恒方程为：
在计算出各控制体在当前时刻的质量流量后，可以将上升通道中的第一控制体在当前时刻的质量流量作为上升通道在当前时刻的质量流量；将下降通道的入口处的第一个控制体在当前时刻的质量流量，作为该通道在当前时刻的质量流量。
本实施例基于各控制体的质量流量的变化与入口压力、出口压力、压力损耗之间的关系，建立动量守恒方程，并根据动量守恒方程以及相关的数值理论推导，可以准确获取各控制体的质量流量。
在上述实施例的基础上，本实施例中所述压力损耗包括摩擦阻力压力损耗、重力压力损耗、局部阻力压力损耗和加速度压降损耗。
其中，压力损耗的计算公式为：
其中，摩擦阻力压力损耗，fi,t为第i个控制体在t时刻的摩擦阻力系数，De为通道的当量直径；ρi,tgLi,tsinθ为重力压力损耗，θ为流体流动方向与水平面的夹角，当水平流动时θ＝0时，重力压力损耗为0；当垂直向上流动时，θ＝90°，重力压力损耗为ρi,tgLi,t，当垂直向下流动时，则θ＝270°，重力压力损耗为-ρi，tgLi，t；g为重力系数；/>为局部阻力压力损耗，ki，t为第i个控制体在t时刻的局部阻力系数；/>为加速度压降损耗。
本实施例联合摩擦阻力压力损耗、重力压力损耗、局部阻力压力损耗和加速度压降损耗，以准确各控制体的压降损耗，进而准确计算各控制体的质量流量。
在上述各实施例的基础上，本实施例中根据各通道在所述当前时刻的液面高度，获取任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力，包括：将各通道的液面高度和各通道的通孔相对于各通道的高度相减，获取各通道的通孔上方的液位高度；对于所述通道中的每个上升通道，根据预设恒压气体压力、每个上升通道在所述当前时刻的流体密度、重力系数和通孔上方的液位高度，计算每个上升通道在所述当前时刻的出口压力；对于所述通道中的每个下降通道，根据所述预设恒压气体压力、每个下降通道在所述当前时刻的流体密度、重力系数和通孔上方的液位高度，计算每个下降通道在所述当前时刻的入口压力。
其中，计算各通道的通孔上方的液位高度的公式为：
ht+1＝Zt+1-L；
其中，ht+1为各通道在t+1时刻通孔上方的液位高度，Zt+1为各通道在t+1时刻的液面高度，L为与各通道连接的通孔位于各通道的位置高度。
假设气体边界上方到通孔间液体不流动，预设恒压气体压力为P0，由液面至通孔处仅有重力压降。此时，上升通道的出口压力的计算公式为：
其中，为上升通道u在t+1时刻的出口压力，/>和/>分别为上升通道u在t+1时刻的流体密度和通孔上方的液位高度；g为重力系数。
在已知当前时刻上升通道第一控制体的出口压力基础上，可以将各上升通道的出口压力和压力损耗代入方程Pi,in,t+1＝Pi,out,t+1+ΔPi,t+1中，计算获取各上升通道的入口压力。
此时，下降通道的入口压力的计算公式为：
其中，为下降通道l在t+1时刻的入口压力，/>和/>分别为下降通道l在t+1时刻的流体密度和通孔上方的液位高度。
在已知下降通道的第一控制体入口压力的边基础上，可以将各下降通道的入口压力和压力损耗代入方程Pi,out,t+1＝Pi,in,t+1-ΔPi,t+1中，计算获取各下降通道的出口压力。
本实施例联合流体密度、重力系数和通孔上方的液位高度，以及动量守恒方程可以准确获取各通道的出口压力和入口压力。
在上述实施例的基础上，本实施例中还包括：根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的变换热量、焓值、质量流量、长度、流体密度和流通面积，基于能量守恒方程计算各控制体在所述当前时刻的焓值；分别判断各控制体在所述当前时刻的焓值、各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件，根据判断结果确定所述核反应堆是否处于正常状态。
可选地，计算各控制体的焓值的公式为：
其中，Hi,t+1和Hi,t分别为第i个控制体在t时刻和t+1时刻的焓值，Wi,t、Li，t、qi，t、Wi,in,t和Wi,out,t为第i个控制体在t时刻的质量流量、长度、变换热量、入口质量流量和出口质量流量。
可选地，通过上述计算的过程，可以准确获取到各控制体的焓值。可以联合各控制体的焓值、各通道的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及各通孔的质量流量一系列参数，判断各参数是否均满足相应的第一预设条件；若存在任一参数不满足相应的第一预设条件，则确定核反应堆处于异常状态；若所有参数均满足相应的第一预设条件，则确定核反应堆处于正常状态。通过这种监测方法可以准确获取核反应堆的监测结果。
下面对本发明提供的核反应堆监测系统进行描述，下文描述的核反应堆监测系统与上文描述的核反应堆监测方法可相互对应参照。
如图6所示，本实施例提供一种核反应堆监测系统，该系统包括：划分模块601、获取模块602、计算模块603和监测模块604，其中：
划分模块601用于采用动网格模型将核反应堆内各通道的流体区域划分为多个控制体；
其中，动网格模型可以用来模拟流场形状由于边界运动而随时间改变的问题；
动网格模型的边界包通道中上升通道的入口压力和入口焓值，以及下降通道的出口压力，本实施例不对此作具体地限定。
通道的数量可以根据实际需求进行设置，如两个。
通道可以是主容器冷却系统和泵支撑冷却系统等，本实施例对此不作具体地限定。
可选地，采用动网格模型对各通道的流体区域划分，分别将各通道的流体区域划分为多个控制体。其中，控制体的数量以及网格模型划分的方式等可以根据实际需求灵活设置。
获取模块602用于将各通道在当前时刻的所有控制体的液面高度相加，获取各通道在所述当前时刻的液面高度，并根据各通道在所述当前时刻的液面高度，获取任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力；
可选地，首先，获取各通道包含的所有控制体在当前时刻的液面高度，并将其相加，获取各通道在当前时刻的液面高度。
其中，计算各通道的液面高度的公式为：
其中，Zt+1为各通道在t+1时刻的液面高度；Zcv,i,t+1为各通道在t时刻的各控制体的液面高度。
可选地，任意两个通道之间可以通过通孔进行并联连接。其中，并联连接的两个通道中的液面高度不同，使得两个并联通道中的流体可以相互流动。
根据各通道的液面高度，以及与各通道连接的通孔在通道上的位置高度，计算获取与各通道连接的通孔上方的液面高度；
然后，将各通道连接的通孔上方的液面高度输入相应的动量守恒方程，可以求解获取各通道在当前时刻的入口压力和出口压力。
由于，各通道的入口压力和出口压力在液面高度发生变化时，也会产生相应的变化。因此，本实施例联合液面高度和相应的动量守恒方程，使得计算的各通道的入口压力和出口压力更加精确。
计算模块603用于根据任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力，基于第一动量守恒方程计算连接所述任意两个连通的通道的通孔在所述当前时刻的质量流量；
其中，质量流量是指单位时间里流体通过封闭管道或敞开槽有效截面的流体质量。
可选地，由于连接两个并联通道的通孔内的压力变化主要与两个连通的通道中上升通道的出口压力和下降通道的入口压力相关。因此，可以根据两个连通的通道中上升通道的出口压力和下降通道的入口压力建立通道的第一动量守恒方程。
其中，第一动量守恒方程的计算公式为：
其中，为通孔C在t+1时刻的压降损耗，/>和/>分别为通孔C在t+1时刻的局部阻力系数、质量流量、流通面积和流体密度；|·|为绝对值操作；/>和/>为通孔连接两个并联通道中上升通道u在t+1时刻的出口压力和下降通道l在t+1时刻的入口压力。
其中，可以根据通孔连接两个并联通道内的流体密度确定，如将两个并联通道中上升通道的流体密度作为通孔C内的流体密度，或下降通道的流体密度作为通孔C内的流体密度，本实施例不对此作具体地限定。
本实施例通过将液面高度与热工水力特性计算进行有机结合，使得动网格模型与一维系统程序深度耦合，进而实现系统程序可以更加准确地计算出液面高度的瞬态变化，以及热工水力参数中的入口压力、出口压力和质量流量等。
监测模块604用于分别判断所述各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件，根据判断结果确定所述核反应堆是否处于正常状态。
可选地，通过上述计算的过程，可以准确获取到各通道的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及各通孔的质量流量这一系列参数。
然后，可以判断所有参数是否均在预设范围内；若存在任一参数不在预设范围内，则确定核反应堆处于异常状态；若所有参数是否均在预设范围内，则确定核反应堆处于正常状态。
也可按照上述计算过程迭代计算获取多个时刻的各通道的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及各通孔的质量流量。联合多个时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力变化趋势，获取核反应堆的监测结果。其中，可以采用吉尔算法执行上述迭代计算过程，本实施例对此不作具体地限定。
本实施例首先采用动网格模型将各通道的流体区域划分为多个控制体，并根据各通道内所有控制体的液面高度，准确获取各通道的液面高度；并将具有高精度的各通道的液面高度与根据热工水力参数特性建立的动量守恒方程联合，使得计算获取的各通道的入口压力和出口压力、以及通孔的质量流量更加精确；并联合具有高精确度的各通道的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及通孔的质量流量，可以准确获取核反应堆的监测结果。
在上述实施例的基础上，本实施中计算模块，还用于根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的质量流量和质量，基于质量守恒方程计算各控制体在当前时刻的质量；根据各控制体在所述当前时刻的质量、流体密度和流通面积，获取各控制体在所述当前时刻的液面高度。
在上述实施例的基础上，本实施中获取模块，还用于在任一控制体满足第二预设条件的情况下，将与该控制体所属的通道连接的通孔在所述上一时刻的质量流量，作为该控制体在所述上一时刻的质量流量；其中，所述第二预设条件包括任一控制体所属的通道为上升通道，且该控制体位于该控制体所属的通道的出口处；或者，任一控制体所属的通道为下降通道，且该控制体位于该控制体所属的通道的入口处。
在上述各实施例的基础上，本实施中计算模块，还用于根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的入口压力、出口压力、压力损耗和质量流量，基于第二动量守恒方程，计算各控制体在所述当前时刻的质量流量；对于所述通道中的每个上升通道，将位于每个上升通道的出口处的控制体在所述当前时刻的质量流量，作为每个上升通道在所述当前时刻的质量流量；对于所述通道中的每个下降通道，将位于每个下降通道的入口处的控制体在所述当前时刻的质量流量，作为每个下降通道在所述当前时刻的质量流量。
在上述实施例的基础上，本实施中所述压力损耗包括摩擦阻力压力损耗、重力压力损耗、局部阻力压力损耗和加速度压降损耗。
在上述各实施例的基础上，本实施中获取模块，具体用于将各通道的液面高度和各通道的通孔相对于各通道的高度相减，获取各通道的通孔上方的液位高度；对于所述通道中的每个上升通道，根据预设恒压气体压力、每个上升通道在所述当前时刻的流体密度、重力系数和通孔上方的液位高度，计算每个上升通道在所述当前时刻的出口压力；对于所述通道中的每个下降通道，根据所述预设恒压气体压力、每个下降通道在所述当前时刻的流体密度、重力系数和通孔上方的液位高度，计算每个下降通道在所述当前时刻的入口压力。
在上述各实施例的基础上，本实施中监测模块，还用于根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的变换热量、焓值、质量流量、长度、流体密度和流通面积，基于能量守恒方程计算各控制体在所述当前时刻的焓值；分别判断各控制体在所述当前时刻的焓值、各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件，根据判断结果确定所述核反应堆是否处于正常状态。
图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)701、通信接口(Communications Interface)702、存储器(memory)703和通信总线704，其中，处理器701，通信接口702，存储器703通过通信总线704完成相互间的通信。处理器701可以调用存储器703中的逻辑指令，以执行核反应堆监测方法，该方法包括：采用动网格模型将核反应堆内各通道的流体区域划分为多个控制体；将各通道在当前时刻的所有控制体的液面高度相加，获取各通道在所述当前时刻的液面高度，并根据各通道在所述当前时刻的液面高度，获取任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力；根据任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力，基于第一动量守恒方程计算连接所述任意两个连通的通道的通孔在所述当前时刻的质量流量；分别判断所述各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件，根据判断结果确定所述核反应堆是否处于正常状态。
此外，上述的存储器703中的逻辑指令可以通过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。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的核反应堆监测方法，该方法包括：采用动网格模型将核反应堆内各通道的流体区域划分为多个控制体；将各通道在当前时刻的所有控制体的液面高度相加，获取各通道在所述当前时刻的液面高度，并根据各通道在所述当前时刻的液面高度，获取任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力；根据任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力，基于第一动量守恒方程计算连接所述任意两个连通的通道的通孔在所述当前时刻的质量流量；分别判断所述各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件，根据判断结果确定所述核反应堆是否处于正常状态。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的核反应堆监测方法，该方法包括：采用动网格模型将核反应堆内各通道的流体区域划分为多个控制体；将各通道在当前时刻的所有控制体的液面高度相加，获取各通道在所述当前时刻的液面高度，并根据各通道在所述当前时刻的液面高度，获取任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力；根据任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力，基于第一动量守恒方程计算连接所述任意两个连通的通道的通孔在所述当前时刻的质量流量；分别判断所述各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件，根据判断结果确定所述核反应堆是否处于正常状态。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种核反应堆监测方法，其特征在于，包括：
采用动网格模型将核反应堆内各通道的流体区域划分为多个控制体；
将各通道在当前时刻的所有控制体的液面高度相加，获取各通道在所述当前时刻的液面高度，并根据各通道在所述当前时刻的液面高度，获取任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力；
根据所述任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力，基于第一动量守恒方程计算连接所述任意两个连通的通道的通孔在所述当前时刻的质量流量；
分别判断所述各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件，根据判断结果确定所述核反应堆是否处于正常状态；
在所述分别判断所述各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件之前，包括：
根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的入口压力、出口压力、压力损耗和质量流量，基于第二动量守恒方程，计算各控制体在所述当前时刻的质量流量；
对于所述通道中的每个上升通道，将位于每个上升通道的出口处的控制体在所述当前时刻的质量流量，作为每个上升通道在所述当前时刻的质量流量；
对于所述通道中的每个下降通道，将位于每个下降通道的入口处的控制体在所述当前时刻的质量流量，作为每个下降通道在所述当前时刻的质量流量；
其中，所述压力损耗包括摩擦阻力压力损耗、重力压力损耗、局部阻力压力损耗和加速度压降损耗；
所述压力损耗的计算公式为：
其中，为所述摩擦阻力压力损耗，fi,t为第i个控制体在t时刻的摩擦阻力系数，De为通道的当量直径，Ai,t、ρi,t+1、Wi,t分别为第i个控制体在t时刻的流通面积，流体密度和质量流量；ρi,tgLi,tsinθ为所述重力压力损耗，θ为流体流动方向与水平面的夹角，当水平流动时θ＝0时，重力压力损耗为0；当垂直向上流动时，θ＝90°，所述重力压力损耗为ρi,tgLi,t，当垂直向下流动时，则θ＝270°，所述重力压力损耗为-ρi,tgLi,t；g为重力系数；/>为所述局部阻力压力损耗，ki,t为第i个控制体在t时刻的局部阻力系数；/>为所述加速度压降损耗。
2.根据权利要求1所述的核反应堆监测方法，其特征在于，在所述将各通道在当前时刻的所有控制体的液面高度相加，获取各通道在所述当前时刻的液面高度之前，还包括：
根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的质量流量和质量，基于质量守恒方程计算各控制体在当前时刻的质量；
根据各控制体在所述当前时刻的质量、流体密度和流通面积，获取各控制体在所述当前时刻的液面高度。
3.根据权利要求2所述的核反应堆监测方法，其特征在于，在所述根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的质量流量和质量，基于质量守恒方程计算各控制体在当前时刻的质量之前，还包括：
在任一控制体满足第二预设条件的情况下，将与该控制体所属的通道连接的通孔在所述上一时刻的质量流量，作为该控制体在所述上一时刻的质量流量；
其中，所述第二预设条件包括任一控制体所属的通道为上升通道，且该控制体位于该控制体所属的通道的出口处；或者，任一控制体所属的通道为下降通道，且该控制体位于该控制体所属的通道的入口处。
4.根据权利要求1-3任一所述的核反应堆监测方法，其特征在于，所述根据各通道在所述当前时刻的液面高度，获取任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力，包括：
将各通道的液面高度和各通道的通孔相对于各通道的高度相减，获取各通道的通孔上方的液位高度；
对于所述通道中的每个上升通道，根据预设恒压气体压力、每个上升通道在所述当前时刻的流体密度、重力系数和通孔上方的液位高度，计算每个上升通道在所述当前时刻的出口压力；
对于所述通道中的每个下降通道，根据所述预设恒压气体压力、每个下降通道在所述当前时刻的流体密度、重力系数和通孔上方的液位高度，计算每个下降通道在所述当前时刻的入口压力。
5.根据权利要求1-3任一所述的核反应堆监测方法，其特征在于，还包括：
根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的变换热量、焓值、质量流量、长度、流体密度和流通面积，基于能量守恒方程计算各控制体在所述当前时刻的焓值；
分别判断各控制体在所述当前时刻的焓值、各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件，根据判断结果确定所述核反应堆是否处于正常状态。
6.一种核反应堆监测系统，其特征在于，包括：
划分模块，用于采用动网格模型将核反应堆内各通道的流体区域划分为多个控制体；
获取模块，用于将各通道在当前时刻的所有控制体的液面高度相加，获取各通道在所述当前时刻的液面高度，并根据各通道在所述当前时刻的液面高度，获取任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力；
计算模块，用于根据所述任意两个连通的通道中上升通道在所述当前时刻的出口压力和下降通道在所述当前时刻的入口压力，基于第一动量守恒方程计算连接所述任意两个连通的通道的通孔在所述当前时刻的质量流量；
监测模块，用于分别判断所述各通道在所述当前时刻的质量流量、液面高度、入口压力和出口压力，以及所述通孔在所述当前时刻的质量流量是否满足相应的第一预设条件，根据判断结果确定所述核反应堆是否处于正常状态；
所述计算模块，还用于：
根据各控制体在所述当前时刻的上一时刻的入口压力、出口压力、压力损耗和质量流量，基于第二动量守恒方程，计算各控制体在所述当前时刻的质量流量；
对于所述通道中的每个上升通道，将位于每个上升通道的出口处的控制体在所述当前时刻的质量流量，作为每个上升通道在所述当前时刻的质量流量；
对于所述通道中的每个下降通道，将位于每个下降通道的入口处的控制体在所述当前时刻的质量流量，作为每个下降通道在所述当前时刻的质量流量；
其中，所述压力损耗包括摩擦阻力压力损耗、重力压力损耗、局部阻力压力损耗和加速度压降损耗；
所述压力损耗的计算公式为：
其中，为所述摩擦阻力压力损耗，fi,t为第i个控制体在t时刻的摩擦阻力系数，De为通道的当量直径，Ai,t、ρi,t+1、Wi,t分别为第i个控制体在t时刻的流通面积，流体密度和质量流量；ρi,tgLi,tsinθ为所述重力压力损耗，θ为流体流动方向与水平面的夹角，当水平流动时θ＝0时，重力压力损耗为0；当垂直向上流动时，θ＝90°，所述重力压力损耗为ρi,tgLi,t，当垂直向下流动时，则θ＝270°，所述重力压力损耗为-ρi,tgLi,t；g为重力系数；/>为所述局部阻力压力损耗，ki,t为第i个控制体在t时刻的局部阻力系数；/>为所述加速度压降损耗。
7.一种电子设备，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程序时实现如权利要求1至5任一项所述核反应堆监测方法的步骤。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述核反应堆监测方法的步骤。
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