【摘要】：核反應(yīng)堆嚴(yán)重事故進(jìn)程中,核燃料元件會發(fā)生熔化,甚至落入下封頭。熔融物的遷移及再定位等現(xiàn)象關(guān)系到嚴(yán)重事故的發(fā)展與緩解。為了給燃料棒熔化的局部現(xiàn)象研究提供模擬分析工具,本文基于原始的MPS(Moving Particle Semi-implicit)方法進(jìn)行了二次開發(fā),以使其具備模擬熔化現(xiàn)象的功能。本文對原始MPS方法的改進(jìn)包括:1)增加了能量方程求解模塊,使其具備了傳熱計(jì)算功能;2)增加了表面張力計(jì)算模型,并評價(jià)了不同表面張力模型之間差異;3)引入了基于焓值變化的粘性模型,使得固體與流體之間的粘性能平滑過渡;4)改進(jìn)了粘性項(xiàng)的時(shí)間差分格式,將原MPS法的顯式差分格式改為隱式,這樣增大了計(jì)算時(shí)間步長,能夠節(jié)省計(jì)算資源;5)引入了PMS(Passive Moving Solid)的剛體計(jì)算模型,使得流固耦合計(jì)算成為可能。為考驗(yàn)修改后的程序,本文通過一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱和方形液滴振蕩分別驗(yàn)證了傳熱模型和表面張力模型。為了驗(yàn)證程序的綜合性能,本文采用改進(jìn)后三維MPS程序模擬了伍德合金的熔化過程,并與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對比驗(yàn)證,結(jié)果表明改進(jìn)后的MPS程序能夠正確預(yù)測熔化行為。基于壓水堆燃料元件的物性的調(diào)研結(jié)果,本文利用改進(jìn)后的MPS方法對四棒束燃料棒的熔化進(jìn)程進(jìn)行了初步模擬。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TL364.4
【圖文】：

圖 1-1 MELCOR 中的燃料元件熔化模型[19]Fig.1-1 Melting model of fuel rods in MELCOR[19]在國內(nèi)，開展嚴(yán)重事故模擬仿真分析時(shí)仍主要依賴國外的軟件SCDAP/RELAP5 和 MECLOR 等。近幾年來，國內(nèi)許多研究單位正在加緊開展電關(guān)鍵設(shè)計(jì)軟件自主化技術(shù)相關(guān)的研究工作，以實(shí)現(xiàn)核電軟件的國產(chǎn)化，使我核電軟件開發(fā)技術(shù)達(dá)到國際水平。譬如國家核電軟件中心正在開發(fā)的 COSIN程序，集成了核物理、反應(yīng)堆熱工水利和系統(tǒng)安全分析等多種核電關(guān)鍵設(shè)計(jì)分程序，可以用于核電站的燃料設(shè)計(jì)及性能分析、嚴(yán)重事故模擬、概率安全分析等。另一方面，基于拉格朗日的粒子法，由于使用自由移動的粒子，不需要劃和構(gòu)建網(wǎng)格，處理簡單且計(jì)算精度高，在計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域迅速引起了關(guān)注。動粒子半隱式方法，即 MPS（Moving Particle Semi-implicit）方法作為拉格朗粒子法的一種，1997 年由日本東京大學(xué) S.Koshizuka 教授提出，最初用于解決

圖 2-2 梯度模型示意圖[28]Fig. 2-2 Particle interaction for gradient model[28]斯算子模型 ，擴(kuò)散方程如下：2dd t 擴(kuò)散系數(shù)，在每個(gè)時(shí)間步長 t內(nèi)， 增加2d t，d 為子 i 與粒子 j 之間的遷移量為：02( )j ii j id tW r rn 入是為了使作用模型模擬結(jié)果與擴(kuò)散方程的解析解相

界條件由表面面通常存在較大的變形，由于網(wǎng)格畸變以及數(shù)值耗散等問題傳出滿意的結(jié)果，而在 MPS 方法中，自由面的判斷則相對很簡單子外部無粒子存在，因此其粒子數(shù)密度較小，如圖 2-3 所示。在密度滿足以下條件：* 0in n是表面粒子，其中β為小于 1 的參數(shù)，對自由表面的判別有一定ka 指出在β取值范圍在 0.8 到 0.99 時(shí)，較為合理有效[28]。當(dāng)求 方程時(shí)，自由表面粒子壓力設(shè)為 0。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2743670