(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210800225.X (22)申请日 2022.07.08 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 陈荣华　丁雯　田文喜　苏光辉　 秋穗正　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 何会侠 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种用于熔融物碎片床形成过程特性分析 的方法 (57)摘要 一种用于熔融物碎片床形成过程特性分析 的方法， 主要 步骤如下： 1、 进行几何建模， 网格划 分； 2、 熔融物碎片形态建模、 碎片材料及冷却剂 材料选择、 初始参数设定； 3、 EDEM软件及Fluent 软件进行耦合， 设置计算模型及边界条件； 4、 计 算流体质量、 能量、 动量守恒方程， 得到气液份 额、 流体状态、 温度分布； 5、 计算固液相互作用力 及传热模型， 得到流体对碎片 的曳力及传热量； 6、 计算熔融物碎片的固体碰撞力学模型及导热 模型； 7、 结合Fluent传输的曳力、 传热量信息计 算下一时刻熔融物碎片的位置、 速度及温度分 布； 8、 判断是否达到结束时间， 若否则按时间步 长推进， 若是则输出计算结果。 基于本发 明方法， 可预测最终熔融物 碎片床形态特 征。 权利要求书4页 说明书9页 附图3页 CN 115099172 A 2022.09.23 CN 115099172 A 1.一种用于熔融物碎片床形成过程特性分析的方法， 其特征在于： 该方法包括以下步 骤： 步骤1： 基于核电厂反应堆堆芯熔融事故模拟或熔融物与水相互作用实验中的计算对 象， 获取熔融物碎片特征信息及核反应堆堆芯结构或实验设备信息， 对堆芯结构或实验设 备、 熔融物 碎片和流体的计算 域进行几何建模， 并对几何体进行网格划分； 步骤2： 在EDEM软件内对熔融物碎片形态及尺寸进行建模， 设置熔融物碎片的材料类 型、 材料热物性、 材料力学性能、 质量或体积、 初始速度、 初始温度基本信息， 设置核反应堆 堆芯结构或实验容器的材料类型、 材料热物性和力学性能信息， 设置熔融物碎片间、 熔融物 碎片与壁面间的接触力学参数； 在Fluent软件内选择流体名称并设置流体的形态、 热物性、 初始温度、 初始速度及流体在计算 域内的分布； 步骤3： 通过Fluent软件的UDF功能将Fluent软件与EDEM软件提供的适配器接口 Adaptor Interface实现耦合， 使得两个软件的熔融物碎片运动及流场信息 能进行互相传 递； 选择ED EM软件内的接触力学模 型、 熔融物碎片的颗粒传热模型， 并设置熔融物碎片释放 的边界条件、 计算时间步长、 计算时间及数据存储 频率； 选择Flu ent软件内流体的多相流模 型、 湍流模型、 气液蒸发冷凝模型、 流固耦合曳力模型及相应的边界条件； 步骤4： 结合EDEM软件传递的初始熔融物碎片颗粒信息， 将熔融物碎片视为Fluent软件 内DPM模型注入的固相碎片， 使用Fluent软件内多相流模型计算质量方程、 动量方程、 能量 方程得到下一时刻流体域的气液份额及其分布、 流体流动状态、 温度分布； 其中气液份额使 用蒸发冷凝模型—Lee模型进行计算， 如式(1)、 式(2)、 式(3)所示， 能计算气液相间质量交 换： 式中： v——代表蒸汽相； l——代表液相； αv——蒸汽体积份额； ρv——蒸汽密度/kg ·m‑3； ——蒸汽相速度/m ·s‑1； ——蒸发质量速率/kg ·s‑1·m‑3； ——冷凝质量速率/kg ·s‑1·m‑3； αl——液相体积份额； ρl——液相密度/kg ·m‑3； Tl——液相温度/K；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115099172 A 2Tsat——液相饱和温度/K； c——调节系数， 类似于松弛时间； 步骤5： 使用流固耦合力学模型及流固相间传热模型计算流体对熔融物碎片颗粒的曳 力、 相间传热量， 并传递给ED EM软件内所有 熔融物碎片颗粒； 流固耦合力学模型形式如下式 (4)， 流固相间传热模型如下式(5)： 式中： ——代表熔融物 碎片颗粒的受力/N； s——代表熔融物 碎片颗粒相； f——代表流体相； ms——颗粒质量/kg； τr——颗粒松弛时间； ——流体相速度/m ·s‑1； ——熔融物碎片颗粒相速度/m ·s‑1； ρs——熔融物碎片颗粒相密度/kg ·m‑3； ρf——流体相密度/kg ·m‑3； ——重力加速度/m ·s‑2； Cvm——虚拟质量因子； cp,s——颗粒的比热容/J ·kg‑1·K ‑1； h——对流换 热系数/W·m‑2·K‑1； Ts——熔融物碎片颗粒相温度/K； As——颗粒表面积/m2； T∞——连续相局部温度/K； εs——粒子发射 率(无量纲)； σ ——斯蒂芬 ‑玻尔兹曼常数/W ·m‑2·K‑4； θR——辐射温度/K； 步骤6： 使用公式(6)、 公式(7)和公式(8)表示的Hertz ‑Mindlin接触力学模型计算熔融 物碎片颗粒间的相互碰撞， 使用公式(9)和公式(10)表示的固体碎片颗粒导热模型计算熔 融物碎片颗粒间的传热量； 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115099172 A 3