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COSINE程序再淹没模型验证及参数敏感性分析

李雪琳 张昊 杨燕华

李雪琳, 张昊, 杨燕华. COSINE程序再淹没模型验证及参数敏感性分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(6): 73-78. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0073
引用本文: 李雪琳, 张昊, 杨燕华. COSINE程序再淹没模型验证及参数敏感性分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(6): 73-78. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0073
Li Xuelin, Zhang Hao, Yang Yanhua. Verification of COSINE Reflooding Model and Sensitivity Analysis of Parameters[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(6): 73-78. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0073
Citation: Li Xuelin, Zhang Hao, Yang Yanhua. Verification of COSINE Reflooding Model and Sensitivity Analysis of Parameters[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(6): 73-78. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0073

COSINE程序再淹没模型验证及参数敏感性分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0073
详细信息
    作者简介:

    李雪琳(1996—),女,硕士研究生,现主要从事COSINE程序验证及不确定性分析研究工作,E-mail: listening_lxl@sjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL364

Verification of COSINE Reflooding Model and Sensitivity Analysis of Parameters

  • 摘要: 再淹没是压水堆大破口失水事故后的重要阶段,为评估系统程序在该阶段的计算能力,需要选择多种传热模型对失水事故进行复现并分析参数的敏感性响应。本文对压水堆失水事故实验(LOFT)台架进行建模,将COSINE程序中不同传热模型的计算结果与实验数据比较,验证了传热模型精确度;同时进行再淹没阶段的参数敏感性计算,识别出了对第二包壳峰值温度(PCT)影响最大的参数。计算表明:COSINE程序的传热模型能较好地预测再淹没现象;对计算结果影响较大的敏感性参数包括:UO2体积热容、液滴直径、液滴相间传热系数和膜态沸腾壁面对汽相的传热系数。

     

  • 图  1  LOFT压力容器

    Figure  1.  LOFT Pressure Vessel

    图  2  不同Bromley修正式预测的堆芯水装量变化

    Figure  2.  Changes of Core Water Loading Predicted by Different Bromley Modified Corrections

    图  3  不同Bromley修正式预测的热点处包壳温度变化情况      

    Figure  3.  Changes of Cladding Temperature at Hot Spot Predicted by Different Bromley Corrections

    图  4  不同膜态沸腾传热关系式预测的包壳温度变化

    Figure  4.  Changes of Cladding Temperature Predicted by Different Film Boiling Heat Transfer Relations

    图  5  根据参数上下限计算得到的PCT变化

    Figure  5.  Calculated PCT Variance Based on Upper/Lower Limits of Parameters

    图  6  敏感参数与PCT的Spearman相关系数

    Figure  6.  Spearman Coefficients of Sensitive Parameters and PCT     

    表  1  COSINE程序的再淹没膜态沸腾传热模型

    Table  1.   Heat Transfer Model of Reflooding Film Boiling in COSINE Program

    传热方式模型传热关系式修正项
    汽膜导热Bromley[8]Bromley_modify1${h_{ {\text{bromley} } } } = 0.62{\left[ {\dfrac{ { {k_{\text{v} } ^3}g{\rho _{\text{v} } }{h_{ {\text{fg} } } }\Delta \rho } }{ { {\mu _{\text{v} } }L'\Delta T} } } \right]^{0.25} }$$L' = 2{\text{π } }{\left[ {\dfrac{\sigma }{ {g({\rho _{_{\text{l} }} } - {\rho _{\text{v} } })} } } \right]^{0.25} }$
    Bromley_modify2${h_{ {\text{mod2} } } } = 0.62{\left[ {\dfrac{ { {k_{\text{v} } ^3}g{\rho _{\text{v} } }{ {h'_{ {\text{fg}} } } }\Delta \rho } }{ { {\mu _{\text{v} } }L'\Delta T} } } \right]^{0.25} }$L′、${h'_{ {\text{fg} } } } = {h_{ {\text{fg} } } } + 0.5{c_{ { {p,\text{v}} } } }\Delta T$$ {h'_{{\text{fg}}}} $
    Bromley_modify3$\begin{gathered} {h_{ {\text{mod3} } } } = {\alpha _{ {\text{spfit,v} } } }{h_{ {\text{bromley} } } }(L',{h_{ {\text{fg} } } ^\prime} ) \times \\ {\text{ } }[1 + 0.025\max ({T_{ {\text{sat} } } } - {T_{\text{l} } }),0.01] \\ \end{gathered}$L′、$ {h'_{{\text{fg}}}} $、αspfit,v
    液体过冷修正$ h' = h[1 + 0.025\max ({T_{{\text{sat}}}} - {T_{\text{l}}}),0.01] $
    Bromley_modify4${h_{ {\text{mod4} } } } = {\alpha_{_{\text{l} }} }{h_{ {\text{bromley} } } }(L',{h_{ {\text{fg} } } ^\prime })$$L'、 {h'_{{\text{fg}}}} $、αl
    Berenson[9]${h_{ {\text{Berenson} } } } = 0.425{\left[ {\dfrac{ { {k_{\text{v} } ^3}g{\rho _{\text{v} } }{h_{ {\text{fg} } } }\Delta \rho } }{ { {\mu _{\text{v} } }L'\Delta T} } } \right]^{0.25} }$L
    Dougall-Rhosenow[10]${h_{ {{{\rm{D}} - {\rm{R}}} } } } = 0.023R{e_{ {\text{Hom} } } ^{0.8}}P{r^{0.4} }$$ R{e_{{\text{Hom}}}} = \dfrac{{{G_{{\text{mix}}}}D}}{{{\mu _{\text{v}}}}}\left[ {{x_{\text{e}}} + \dfrac{{(1 - {x_{\text{e}}}){\rho _{{\text{sat,v}}}}}}{{{\rho _{{\text{sat,l}}}}}}} \right] $
    Groeneveld[11-12]Groeneveld 5.7${h_{_{ { { {\rm{G} } - 5} }{\text{.7} } }} } = 0.052R{e_{_{ {\text{Hom} }} } ^{0.688} }P{r^{1.26} }{Y^{ - 1.06} }\dfrac{ { {\mu _{\text{v} } } } }{D}$$Re_{_{\rm{Hom} }}、Y = 1 - 0.1{\left(\dfrac{ { {\rho _{ {\text{sat,l} } } } } }{ { {\rho _{ {\text{sat,v} } } } } } - 1\right)^{0.4} }{(1 - {x_{\text{e} } })^{0.4} }$
    Groeneveld-Delorme${h_{_{ { { {\rm{G} }} - {\rm{D} } } } } } = 0.008348R{e_{ {\text{Hom} } } ^{0.8774} }P{r_{\text{f} } ^{0.6112} }\dfrac{ { {\mu _{\text{f} } } } }{D}$$Re_{\rm{Hom} }、膜温 {T_{\text{f} } } = \dfrac{ { {T_{_{\text{W}} } } + {T_{\text{v} } } }}{2}$
    气相对流Dittus-Boelter$ {h_{\text{v}}} = 0.023R{e^{0.8}}P{r^{0.4}} $
    壁面辐射Sun-Gonzales Santalo-Tien${q_{ {\text{w,l} } } } = {F_{ {\text{w,l} } } }{\sigma_{ _{ { { {\rm{S}} } - {\rm{B} } } } } }({T_{\text{w} } ^4} - {T_{ {\text{sat,l} } } ^4})$
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    表  2  待分析的重要参数

    Table  2.   Important Parameters to Be Analyzed

    参数分类参数/编号系数变化范围
    全局模型
    参数
    膜态沸腾传热系数(壁面对液相)/1-10.5~3.0
    膜态沸腾传热系数(壁面对汽相)/1-20.4~4.0
    相间传热全局系数/2气泡/2-10.2~5.0
    汽膜/2-2
    液滴/2-3
    相间摩擦全局系数/30.5~1.5
    局部系数
    参数
    液滴直径/40.33~2.0
    基本参数UO2体积热容/50.8~1.2
    进口水温/6±10 K
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-08
  • 修回日期:  2021-12-08
  • 刊出日期:  2022-12-14

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