(19)中华 人民共和国 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 202111501842.1 (22)申请日 2021.12.09 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 苟军利　樊杰　单建强　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 代理人 闵岳峰 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种用于核电厂瞬态安全分析的两相流全 隐数值方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于核电厂瞬态安全分 析的两相流全隐数值方法， 该方法首先将两流体 的两相流模 型进行全隐式离散形成方程组， 然后 基于半隐离散的雅克比矩阵构造预处理矩阵， 使 用JFNK方法迭代求解全隐式离散的线性方程组 直至收敛， 输出用于核电厂瞬态安全分析的参 数。 与现有技术相比， 本发明方法使用基于JFNK 的全隐式数值算法求解两流体模 型， 降低了传统 的两流体模 型全隐式数值求解的难度， 提高了数 值算法的稳定性和计算效率， 并使用了基于半隐 式差分的雅克比矩阵的预处理技术， 提高了计算 效率， 能够更加精确且高效地模拟和分析核反应 堆正常运行和事故瞬变现象。 权利要求书4页 说明书10页 附图2页 CN 114169203 A 2022.03.11 CN 114169203 A 1.一种用于核电厂瞬态安全分析的两相流全隐数值方法， 其特 征在于， 包括： 第一步： 根据核电厂系统的运行参数和管道结构参数划分控制体， 建立所有控制体两 流体两相流模型的非线性方程组： 其中， 为控制体i的进口边界i ‑1/2处的汽相动量方程的残差形式； 为控制 体i的进口边界i ‑1/2处的液相动量方程的残差形式； 为控制体i的汽相能量方程的残 差形式； 控制体i的液相能量方程的残差形式； 控制体i的汽相质量守恒方程的残 差形式； FP,i控制体i的混合相质量守恒方程的残差形式； 为控制体i的出口边界i+1/ 2处的汽相动量方程 的残差形式； 为控制体i 的出口边界i+1/2处的液相动量方程 的 残差形式； 第二步： 对于第n+1个时间步第k个牛顿迭代步建立的非线性方程组， 采用JFNK方法进 行求解， 得到第n+1个时间步所有控制体的汽相内能、 液相内能、 空泡份额、 压力、 汽相速度 和液相速度， 其中JFNK 方法包括： 构造预处 理矩阵M、 Kryl ov子空间迭代和牛 顿迭代。 2.根据权利要求1所述的一种用于核电厂瞬态安全分析的两相流全隐数值方法， 其特 征在于， 将第一步中所述的两流体两相流模型 的守恒方程基于交错网格和时间向后差分、 空间一阶迎风差分进行离 散， 得到的控制体i以及出口边界i+1/2的全隐式离 散方程如下： 控制体i的k相能量方程， k ＝g表示汽相， k ＝l表示液相： 控制体i的汽相质量方程 控制体i的混合相质量方程 控制体i出口边界i+1/2的k相动量方程：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114169203 A 2式中： Δx为控制体长度； Δt为瞬态分析的时间步长； A为控制体截面积； P为控制体压 力； αk、 ρk、 Uk分别表示k相的体积份额、 密度和内能； Γi,k、 Qw,k、 Qi,k、 Ew,k、 Ei,k分别表示k相单 位体积的传质量、 控制体与壁面的换热量、 控制体气液相间换热量、 壁面传质引起的热量转 移量、 相间传质引起的热量转移量； Vk、 Fg,k、 Fw,k、 Fc,k、 Fi,k、 Mk分别表示k相的速度、 壁面重力、 壁面摩擦力、 局部阻力、 相间摩擦力、 传质引起的动量转移量； 等控 制体边界的量 通过一阶迎风差分赋值； k ＝g表示汽相， k ＝l表示液相。 3.根据权利要求1所述的一种用于核电厂瞬态安全分析的两相流全隐数值方法， 其特 征在于， 该 方法第二 步中首先将第一 步所建立的非线性方程组线性 化： J(xk)·δxk＝‑F(xk) 其中， J(xk)为第k次牛顿迭代的雅克比矩阵， δxk为第k次牛顿迭代的求解变量增量， F (xk)为第k次牛 顿迭代的非线性方程组， xk为第k次牛 顿迭代的自变量 其中， 为第k次牛顿迭代控制体i的进口边界i ‑1/2处的汽相速度； 为第k次 牛顿迭代控制体i的进口边界i ‑1/2处的液相速度； 为第k次牛顿迭代控制体i的汽相内 能； 为第k次牛顿迭代控制体i的液相内能； 为第k次牛顿迭代控制体i的汽相空泡 份额； Pik为第k次牛顿迭代控制体i的压力； 为第k次牛顿迭代控制体i的出口边界i+ 1/2处的汽相速度； 为第k次牛 顿迭代控制体i的出口边界i+1/2处的液相速度。 4.根据权利要求3所述的一种用于核电厂瞬态安全分析的两相流全隐数值方法， 其特 征在于， 对线性方程组进行 预处理， 经过预处理后线性方程组变为： (J(xk)M‑1)·(M δxk)＝‑F(xk) 其中， 预处 理矩阵M的构造方法为： 基于交错网格和有限体积差分， 对两流体两相流方程进行半隐式离散， 得到非线性方 程组 其中， 为控制体i的进口边界i ‑1/2处的汽相动量方程半隐式离散后的残差形式； 为控制体i的进口边界i ‑1/2处的液相动量方程半隐式离散后的残差形式； 为控权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114169203 A 3