(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 202111587780.0 (22)申请日 2021.12.23 (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 张亚培　吴世浩　王栋　苏光辉　 田文喜　秋穗正　季松涛　何晓军　 史晓磊　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 代理人 何会侠 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 双面冷却燃料严重事故进程模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种双面冷却燃料严重事故 进程模拟方法， 步骤如下： 1、 设置双面冷却燃料 的计算参数； 2、 开展初始化计算； 3、 节点类型判 定； 4、 节点升温过程计算； 5、 氧化熔化进 程计算； 6、 熔融物迁移过程计算； 7、 重复步骤3至6， 直到 达到指定计算时间。 本发明方法可以快速准确地 计算双面冷却燃料在严重事故工况下的升温、 氧 化、 熔化和熔融物重定位等行为， 对双面冷却燃 料严重事故进程的分析 具有重要意 义。 权利要求书6页 说明书12页 附图1页 CN 114239306 A 2022.03.25 CN 114239306 A 1.一种双面冷却燃料严重事故进程模拟方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤1： 设置双面冷却燃料的计算 参数： 燃料芯块、 内包壳、 外包壳的几何尺寸和质量； 燃料根数、 径向节点数和轴向节点数， 每 个径向节点内至少包 含一根双面冷却燃料； 总体功率变化情况和每 个节点的功率因子； 冷却剂压力、 冷却剂液位随时间变化情况； 燃料底部入口处冷却剂温度和流 量随时间变化情况； 燃料周围边界温度随时间变化情况； 每个节点的初始温度； 计算时间步长和指定计算时间； 步骤2： 开展初始化计算 利用计算初始时刻的边界条件对双面冷却燃料每个节点内的燃料芯块、 内包壳和外包 壳温度进行初始化计算； 由于双面冷却燃料 的特殊性， 计算时首先假定燃料芯块绝热面的 位置， 然后通过迭代求解对绝热面的位置进 行更新， 最 终确定绝热面的真实位置， 并求得每 个节点内燃料芯块、 内包壳和外包壳的温度； 步骤3： 节点类型判定 由于严重事故过程中， 双面冷却燃料的形貌会发生巨大变化， 为了快速开展严重事故 分析， 将每个节点内双面冷却燃料等效为一根进行处理， 并分别对双面冷却燃料 的内外侧 节点在严重事故进程中的几何形态进行固定划分； 双面冷却燃料外侧节点几何形态划分为下述五类： 类型1： 双面冷却燃料外侧之间未接触， 仍维持柱形， 外侧孔隙率大于 类型2： 内包壳和外包壳均发生碎裂， 且双面冷却燃料坍塌； 类型3： 双面冷却燃料外侧之间接触， 不再维持柱形， 外侧孔隙率大于 0且小于 类型4： 双面冷却燃料外侧之间完全堵塞， 外侧孔隙率 等于0； 类型5： 双面冷却燃料外侧之间完全堵塞， 熔化份额大于9 9％。 双面冷却燃料内侧节点几何形态划分为下述四类： 类型1： 双面冷却燃料内侧未堵塞， 仍维持柱形， 内侧孔隙率大于 0； 类型2： 内包壳和外包壳均发生碎裂， 且双面冷却燃料坍塌； 类型4： 双面冷却燃料内侧完全堵塞， 内侧孔隙率 等于0； 类型5： 双面冷却燃料内侧完全堵塞， 熔化份额大于9 9％。 其中， 双面冷却燃料内侧不存在节点类型3， 且由于双面冷却燃料的特殊性， 只有内外 两侧的包壳均发生碎裂后， 双面冷却燃料才 会发生坍塌， 节点才 会为类型2； 步骤4： 节点升温过程计算 节点升温过程计算需要考虑节点内部的换 热和节点间的换 热； 1)节点内部的换 热 基于双面冷却燃料双侧节点类型的划分， 进行节点内部的换热计算 时分别考虑内外侧权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 114239306 A 2节点类型均为类型1和内外侧节点类型有一侧不 为类型1这两种情况来计算； ①、 内外侧节点类型均为类型1 当双面冷却燃料内外侧节点类型均为类型1时， 详细考虑节点的燃料芯块、 外包壳、 内 包壳、 外侧冷却剂和内侧冷却剂之间的热传递； 假定同一节点内燃料内外侧冷却剂温度一 致， 建立每 个组分的能量守恒微分方程如下： 式中： 表示燃料芯块温度； 表示外包壳温度； 表示内包壳温度； 表示外侧冷 却剂温度； 表示内侧冷却 剂温度； 表示燃料芯块比热容； 表示外包壳比热容； 表示内包壳比热容； 表示外侧冷却剂比热容； 表示内侧冷却剂比热容； 表示燃料 芯块质量； 表示外包壳质量； 表示内包壳质量； 表示外侧冷却剂质量； 表 示内侧冷却剂质量； t表示时间； d表示微分符号； 表示燃料芯块和外包壳之间换热系 数； 表示燃料芯块和内包壳之间换热系数； 表示燃料芯块和外侧冷却剂之间换热 系数； 表示燃料芯块和内侧冷却剂之间换热系 数； 表示外包壳和外侧冷却剂之 间换热系数； 表示内包壳和内侧冷却剂之间换热系数； 表示燃料芯块和外包 壳 之间换热系数； 表示燃料芯块和内包壳之间换热系数； 表示燃料芯块和外侧冷 却剂之间换热系数； 表示燃料芯块和内侧冷却剂之间换热系数； 表示外包壳和 外侧冷却剂 之间换热系数； 表示内包壳和内侧冷却剂之间换热系数； 表示燃料芯 块的热源； 表示外包壳的热源； 表示内包壳的热源； 基于上述 微分方程 求得节点内每 个组分内的温度变化情况和能量变化情况。 ②、 内外侧节点类型有一侧不 为类型1 当双面冷却燃料内外侧节点类型有一侧不为类型1时， 采用集总参数法， 将燃料芯块、权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 114239306 A 3