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基于MPS算法的2×2棒束结构熔化行为数值模拟

何孟轩 傅晟威 余航

何孟轩, 傅晟威, 余航. 基于MPS算法的2×2棒束结构熔化行为数值模拟[J]. 核动力工程, 2022, 43(5): 147-153. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.05.0147
引用本文: 何孟轩, 傅晟威, 余航. 基于MPS算法的2×2棒束结构熔化行为数值模拟[J]. 核动力工程, 2022, 43(5): 147-153. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.05.0147
He Mengxuan, Fu Shengwei, Yu Hang. Numerical Simulation of Melting Behavior of 2×2 Rod Bundle Structure Based on MPS Algorithm[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(5): 147-153. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.05.0147
Citation: He Mengxuan, Fu Shengwei, Yu Hang. Numerical Simulation of Melting Behavior of 2×2 Rod Bundle Structure Based on MPS Algorithm[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(5): 147-153. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.05.0147

基于MPS算法的2×2棒束结构熔化行为数值模拟

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.05.0147
详细信息
    作者简介:

    何孟轩(1999—),男,硕士研究生,现主要从事核安全工程研究,E-mail: hemex@qq.com

    通讯作者:

    傅晟威,E-mail: 44986199@qq.com

  • 中图分类号: TL352

Numerical Simulation of Melting Behavior of 2×2 Rod Bundle Structure Based on MPS Algorithm

  • 摘要: 以典型压水堆燃料组件2×2棒束结构为研究对象,建立了含定位格架和不含定位格架的棒束三维模型,基于半隐式运动粒子(MPS)算法对严重事故背景下棒束结构的熔化行为进行了数值模拟,分析了定位格架对棒束熔化过程中流道堵塞进程的影响。结果表明:MPS算法能够较好地模拟棒束结构熔化行为,定位格架会加快堆芯的熔化进程和冷却流道的堵塞速度,本文研究结果有利于严重事故下堆芯熔化模型的优化改进。

     

  • 图  1  棒束结构及定位格架几何参数 mm

    Figure  1.  Geometric Parameters of Rod Bundle Structure and Positioning Grid mm

    图  2  棒束结构模型

    Figure  2.  Rod Bundle Model

    图  3  无定位格架棒束结构熔化过程

    Figure  3.  Melting Process of Rod Bundle Structure without Positioning Grid

    图  4  无定位格架棒束结构流道堵塞俯视图

    Figure  4.  Top View of Flow Channel Blocking of Rod Bundle Structure without Positioning Grid

    图  5  有定位格架棒束结构熔化过程

    Figure  5.  Melting Process of Rod Bundle Structure with Positioning Grid

    图  6  有定位格架棒束结构流道堵塞俯视图

    Figure  6.  Top View of Flow Channel Blocking of Rod Bundle Structure with Positioning Grid

    图  7  包壳内部熔化情况

    Figure  7.  Melting Inside the Cladding

    图  8  30 s时刻切片区域示意图

    Figure  8.  Schematic Diagram of Slice Area at 30 s

    图  9  定位格架对流道面积影响

    Figure  9.  Effect of Positioning Grid on Flow Channel Area

    表  1  燃料组件几何参数

    Table  1.   Geometric Parameters of Fuel Assembly

    参数名参数值
    棒芯高度/mm104
    包壳高度/mm104
    定位格架高度/mm51.2
    棒芯直径/mm8.0
    包壳外径/mm9.5
    定位格架厚度/mm0.425
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    表  2  UO2棒芯热工参数

    Table  2.   Thermal Parameters of UO2 Rod Core

    参数名参数值
    定压比热容/(J·kg−1·K−1)503
    热导率/(W·m−1·K−1)10
    潜热/(J·kg−1)274000
    体积释热率/(W·m−3)517320
    熔点/K3008
    密度/(kg·m−3)8786
    运动粘度/(m2·s−1)7.35×10−5
    下载: 导出CSV

    表  3  锆合金热工参数

    Table  3.   Thermal Parameters of Zirconium Alloy

    参数名参数值
    定压比热容/(J·kg−1·K−1)350
    热导率/(W·m−1·K−1)36
    潜热/(J·kg−1)190000
    熔点/K2128
    密度/(kg·m−3)6296.16
    运动粘度/(m2·s−1)1.36×10−6
    表面张力系数/(N·m−1)0.002
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    表  4  数值模拟计算信息

    Table  4.   Numerical Simulation Calculation Information

    计算项计算信息
    计算设备CPU型号Xeon E5-2630 v4(双处理器)
    计算设备内存/GB128
    计算步长/s0.0001
    无定位格架组粒子数149564
    有定位格架组粒子数173205
    并行配置38
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-31
  • 修回日期:  2021-11-03
  • 刊出日期:  2022-10-12

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