基于拉格朗日方法的熔化行为数值模拟研究
发布时间：2020-07-06 13:01
【摘要】：核反应堆严重事故进程中,核燃料元件会发生熔化,甚至落入下封头。熔融物的迁移及再定位等现象关系到严重事故的发展与缓解。为了给燃料棒熔化的局部现象研究提供模拟分析工具,本文基于原始的MPS(Moving Particle Semi-implicit)方法进行了二次开发,以使其具备模拟熔化现象的功能。本文对原始MPS方法的改进包括:1)增加了能量方程求解模块,使其具备了传热计算功能;2)增加了表面张力计算模型,并评价了不同表面张力模型之间差异;3)引入了基于焓值变化的粘性模型,使得固体与流体之间的粘性能平滑过渡;4)改进了粘性项的时间差分格式,将原MPS法的显式差分格式改为隐式,这样增大了计算时间步长,能够节省计算资源;5)引入了PMS(Passive Moving Solid)的刚体计算模型,使得流固耦合计算成为可能。为考验修改后的程序,本文通过一维非稳态导热和方形液滴振荡分别验证了传热模型和表面张力模型。为了验证程序的综合性能,本文采用改进后三维MPS程序模拟了伍德合金的熔化过程,并与实验进行了对比验证,结果表明改进后的MPS程序能够正确预测熔化行为。基于压水堆燃料元件的物性的调研结果,本文利用改进后的MPS方法对四棒束燃料棒的熔化进程进行了初步模拟。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL364.4
【图文】：
图 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]在国内，开展严重事故模拟仿真分析时仍主要依赖国外的软件SCDAP/RELAP5 和 MECLOR 等。近几年来，国内许多研究单位正在加紧开展电关键设计软件自主化技术相关的研究工作，以实现核电软件的国产化，使我核电软件开发技术达到国际水平。譬如国家核电软件中心正在开发的 COSIN程序，集成了核物理、反应堆热工水利和系统安全分析等多种核电关键设计分程序，可以用于核电站的燃料设计及性能分析、严重事故模拟、概率安全分析等。另一方面，基于拉格朗日的粒子法，由于使用自由移动的粒子，不需要划和构建网格，处理简单且计算精度高，在计算流体力学领域迅速引起了关注。动粒子半隐式方法，即 MPS（Moving Particle Semi-implicit）方法作为拉格朗粒子法的一种，1997 年由日本东京大学 S.Koshizuka 教授提出，最初用于解决
图 2-2 梯度模型示意图[28]Fig. 2-2 Particle interaction for gradient model[28]斯算子模型 ，扩散方程如下：2dd t 扩散系数，在每个时间步长 t内， 增加2d t，d 为子 i 与粒子 j 之间的迁移量为：02( )j ii j id tW r rn 入是为了使作用模型模拟结果与扩散方程的解析解相
界条件由表面面通常存在较大的变形，由于网格畸变以及数值耗散等问题传出满意的结果，而在 MPS 方法中，自由面的判断则相对很简单子外部无粒子存在，因此其粒子数密度较小，如图 2-3 所示。在密度满足以下条件：* 0in n是表面粒子，其中β为小于 1 的参数，对自由表面的判别有一定ka 指出在β取值范围在 0.8 到 0.99 时，较为合理有效[28]。当求 方程时，自由表面粒子压力设为 0。
本文编号：2743670
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL364.4
【图文】：
图 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]在国内，开展严重事故模拟仿真分析时仍主要依赖国外的软件SCDAP/RELAP5 和 MECLOR 等。近几年来，国内许多研究单位正在加紧开展电关键设计软件自主化技术相关的研究工作，以实现核电软件的国产化，使我核电软件开发技术达到国际水平。譬如国家核电软件中心正在开发的 COSIN程序，集成了核物理、反应堆热工水利和系统安全分析等多种核电关键设计分程序，可以用于核电站的燃料设计及性能分析、严重事故模拟、概率安全分析等。另一方面，基于拉格朗日的粒子法，由于使用自由移动的粒子，不需要划和构建网格，处理简单且计算精度高，在计算流体力学领域迅速引起了关注。动粒子半隐式方法，即 MPS（Moving Particle Semi-implicit）方法作为拉格朗粒子法的一种，1997 年由日本东京大学 S.Koshizuka 教授提出，最初用于解决
图 2-2 梯度模型示意图[28]Fig. 2-2 Particle interaction for gradient model[28]斯算子模型 ，扩散方程如下：2dd t 扩散系数，在每个时间步长 t内， 增加2d t，d 为子 i 与粒子 j 之间的迁移量为：02( )j ii j id tW r rn 入是为了使作用模型模拟结果与扩散方程的解析解相
界条件由表面面通常存在较大的变形，由于网格畸变以及数值耗散等问题传出满意的结果，而在 MPS 方法中，自由面的判断则相对很简单子外部无粒子存在，因此其粒子数密度较小，如图 2-3 所示。在密度满足以下条件：* 0in n是表面粒子，其中β为小于 1 的参数，对自由表面的判别有一定ka 指出在β取值范围在 0.8 到 0.99 时，较为合理有效[28]。当求 方程时，自由表面粒子压力设为 0。
【参考文献】
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本文编号：2743670
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