MPS方法在快堆堆芯熔化FCI中的研究应用
发布时间：2022-12-05 01:24
移动粒子半隐式法（Moving Particle Semi-implicit method,MPS）作为一种完全的拉格朗日法,因其对不可压缩流体界面流动、流固耦合、多相流等复杂流体动力学现象模拟的优势,目前广泛应用于反应堆安全、船舶与海洋工程和理论研究中。本文以反应堆严重事故为背景,采用MPS方法进行建模,利用Fortran语言编程进行模拟分析,尝试用MPS方法对反应堆严重事故中的熔融物和冷却剂作用（Fuel-Coolant Interaction,FCI）过程进行模拟研究。本文首先研究了MPS方法中涉及到的关键模型及各种边界条件,如微分算子模型、不可压缩条件、自由表面条件、固体边界条件等;给出了计算过程中关键参数的选取思路,如粒子的初始间距及影响半径、时间步长等。使用“位置移动-压力求解-速度修正”的三步法,简化了整个算法的流程,使计算思路更加简明清晰。其次,对二维溃坝和平板导热两个模型进行了模拟计算,通过与溃坝的实验值及平板导热的解析解对比,验证了MPS方法在流动和传热两方面计算的有效性。同时,以溃坝模型为基础,对不同密度下的单相流动进行模拟,计算结果表明密度值对单相流动的流动状态...
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 严重事故国外的研究现状
1.2.2 严重事故国内的研究现状
1.3 无网格模拟方法的发展及应用
1.4 移动粒子半隐式法（MPS）的发展历程及应用
1.4.1 MPS方法国外的研究情况
1.4.2 MPS方法国内的研究情况
1.5 本论文的主要研究内容和章节安排
第2章 MPS方法数值模型基础
2.1 引言
2.2 控制方程
2.3 粒子间相互作用模型
2.3.1 核函数
2.3.2 核函数的尺度
2.3.3 粒子数密度模型
2.3.4 物理光滑模型
2.3.5 微分算子模型
2.4 不可压缩性条件
2.5 自由表面条件
2.6 固体壁面边界条件
2.7 时间步长条件
2.8 MPS方法的算法流程及程序实现
2.8.1 MPS方法的算法流程
2.8.2 MPS方法的程序实现
2.9 本章小结
第3章 MPS方法模型验证
3.1 二维溃坝数值模拟
3.1.1 数值实验的建立
3.1.2 数值计算结果
3.1.3 结果分析与对比
3.2 平板导热问题的数值模拟
3.2.1 平板导热模型的建立
3.2.2 结果分析与对比
3.3 本章小结
第4章 MPS方法在FCI过程中的应用
4.1 FCI界面温度计算
4.1.1 数学模型的建立
4.1.2 数值模拟结果与分析
4.2 FCI中射流入射过程的分析
4.2.1 射流入射式FCI模型建立
4.2.2 射流入射式FCI数值模拟结果与分析
4.3 大密度比下两相流体流动模拟
4.3.1 数学模型的建立
4.3.2 数值模拟结果与分析
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]移动粒子半隐式算法的并行化[J]. 段广涛,陈斌. 工程热物理学报. 2013(11)
[2]移动粒子半隐式方法的计算效率优化[J]. 孙中国,梁杨杨,席光. 西安交通大学学报. 2012(05)
[3]液态金属内单个气泡上升行为的MPS法数值模拟[J]. 左娟莉,田文喜,秋穗正,陈荣华,苏光辉. 原子能科学技术. 2011(12)
[4]基于MPS方法的汽泡冷凝与融合特性研究[J]. 陈荣华,田文喜,左娟莉,苏光辉,秋穗正. 工程热物理学报. 2011(11)
[5]一种适用于移动半隐式法的缓解压力振荡方法[J]. 孙学尧,张怀新,潘徐杰. 上海交通大学学报. 2011(10)
[6]流动泡核沸腾中汽泡行为的MPS数值模拟[J]. 陈荣华,田文喜,苏光辉,秋穗正. 原子能科学技术. 2011(09)
[7]移动粒子半隐式法中核函数适用性研究[J]. 潘徐杰,张怀新,孙学尧. 海洋工程. 2010(04)
[8]液滴斜向撞击液面的移动粒子半隐式法数值模拟[J]. 梁杨杨,孙中国,席光. 西安交通大学学报. 2010(09)
[9]Rayleigh-Taylor不稳定性的MPS数值模拟[J]. 程会方,段日强,姜胜耀. 核动力工程. 2010(S1)
[10]一种稳定的移动粒子半隐式法[J]. 张帅,解利军,郑耀. 水动力学研究与进展A辑. 2010(02)
硕士论文
[1]移动粒子半隐式法算法研究[D]. 徐刚.哈尔滨工程大学 2007
[2]无网格水波动力学数值模拟理论及应用研究[D]. 尹振军.天津大学 2004
本文编号：3709385
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 国内外研究现状
1.2.1 严重事故国外的研究现状
1.2.2 严重事故国内的研究现状
1.3 无网格模拟方法的发展及应用
1.4 移动粒子半隐式法（MPS）的发展历程及应用
1.4.1 MPS方法国外的研究情况
1.4.2 MPS方法国内的研究情况
1.5 本论文的主要研究内容和章节安排
第2章 MPS方法数值模型基础
2.1 引言
2.2 控制方程
2.3 粒子间相互作用模型
2.3.1 核函数
2.3.2 核函数的尺度
2.3.3 粒子数密度模型
2.3.4 物理光滑模型
2.3.5 微分算子模型
2.4 不可压缩性条件
2.5 自由表面条件
2.6 固体壁面边界条件
2.7 时间步长条件
2.8 MPS方法的算法流程及程序实现
2.8.1 MPS方法的算法流程
2.8.2 MPS方法的程序实现
2.9 本章小结
第3章 MPS方法模型验证
3.1 二维溃坝数值模拟
3.1.1 数值实验的建立
3.1.2 数值计算结果
3.1.3 结果分析与对比
3.2 平板导热问题的数值模拟
3.2.1 平板导热模型的建立
3.2.2 结果分析与对比
3.3 本章小结
第4章 MPS方法在FCI过程中的应用
4.1 FCI界面温度计算
4.1.1 数学模型的建立
4.1.2 数值模拟结果与分析
4.2 FCI中射流入射过程的分析
4.2.1 射流入射式FCI模型建立
4.2.2 射流入射式FCI数值模拟结果与分析
4.3 大密度比下两相流体流动模拟
4.3.1 数学模型的建立
4.3.2 数值模拟结果与分析
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]移动粒子半隐式算法的并行化[J]. 段广涛,陈斌. 工程热物理学报. 2013(11)
[2]移动粒子半隐式方法的计算效率优化[J]. 孙中国,梁杨杨,席光. 西安交通大学学报. 2012(05)
[3]液态金属内单个气泡上升行为的MPS法数值模拟[J]. 左娟莉,田文喜,秋穗正,陈荣华,苏光辉. 原子能科学技术. 2011(12)
[4]基于MPS方法的汽泡冷凝与融合特性研究[J]. 陈荣华,田文喜,左娟莉,苏光辉,秋穗正. 工程热物理学报. 2011(11)
[5]一种适用于移动半隐式法的缓解压力振荡方法[J]. 孙学尧,张怀新,潘徐杰. 上海交通大学学报. 2011(10)
[6]流动泡核沸腾中汽泡行为的MPS数值模拟[J]. 陈荣华,田文喜,苏光辉,秋穗正. 原子能科学技术. 2011(09)
[7]移动粒子半隐式法中核函数适用性研究[J]. 潘徐杰,张怀新,孙学尧. 海洋工程. 2010(04)
[8]液滴斜向撞击液面的移动粒子半隐式法数值模拟[J]. 梁杨杨,孙中国,席光. 西安交通大学学报. 2010(09)
[9]Rayleigh-Taylor不稳定性的MPS数值模拟[J]. 程会方,段日强,姜胜耀. 核动力工程. 2010(S1)
[10]一种稳定的移动粒子半隐式法[J]. 张帅,解利军,郑耀. 水动力学研究与进展A辑. 2010(02)
硕士论文
[1]移动粒子半隐式法算法研究[D]. 徐刚.哈尔滨工程大学 2007
[2]无网格水波动力学数值模拟理论及应用研究[D]. 尹振军.天津大学 2004
本文编号：3709385
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