《混合法研究鈉冷快堆事故後碎片床自平現象》是依託西安交通大學，由張斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：混合法研究鈉冷快堆事故後碎片床自平現象
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張斌
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鈉冷快堆事故後碎片床自平現象是堆芯熔融物遷移現象的一部分，也是模擬最困難的一部分，整個現象涉及碎片（固體），冷卻劑鈉（液體）以及鈉蒸汽（氣體），是一個固－液－氣三相流動過程，現象複雜，在具有較強冷卻能力鈉的冷卻下，碎片固體特徵明顯，流固耦合性強。現有事故分析程式要么迴避此過程，要么模擬精度太差。.本課題對液相建立體積平均後變數的控制方程，以引入可以通過相間邊界相互作用的相間作用力，方程用SIMPLE算法求解；用VOF模型構建氣泡界面以撲捉氣泡的運動；將碎片簡化為若干球形粒子，在拉格朗日座標系下採用改進的離散要素法來模擬其運動，採用預測－修正方法求解。歐拉座標系下的計算流體動力學和拉格朗日座標系下改進的離散要素法通過採用氣泡誘因力學模型確定的氣固作用力、採用連續表面力學模型給出的氣液作用力以及運用牛頓運動第三定律在各自座標系內建立映射關係的液固之間作用力和反作用力強耦合起來，構建成混合法。
結題摘要
鈉冷快堆作為第四代反應堆的備選堆型之一，其安全性一直得到國際社會的廣泛關注。在鈉冷快堆主要關注的假想堆芯解體事故（CDA）中，熔融的堆芯會在堆芯下支撐構件或者壓力容器的下腔室內形成近似圓錐狀的碎片床，過冷的冷卻劑鈉在衰變熱的加熱下會沸騰變成鈉蒸汽，鈉蒸汽穿過碎片床時會導致碎片床的形狀發生變化，從初始時的近似圓錐狀逐漸展平，這就是所謂的碎片床“自平”現象。碎片床的自平過程對於碎片床的排熱能力、再臨界和後續的嚴重事故進程具有重要意義。 鈉冷快堆嚴重事故後碎片床自平現象機理複雜，整個現象涉及碎片（固體），冷卻劑鈉（液體）以及鈉蒸汽（氣體），是一個固－液－氣三相流動過程，現象複雜；在具有較強冷卻能力的液態金屬鈉的冷卻作用下，流動過程中固體特徵明顯，流固耦合性強。現有的事故分析程式均迴避對此過程的模擬，採用較保守的假定。針對這一機理複雜的多相流動，本課題圍繞對自平過程起主導作用的固體，基於拉格朗日坐標系採用改進的離散要素法（DEM）來模擬固體顆粒的運動。改進集中在DEM模型參數的確定上，通過對時間步長，彈簧阻尼係數和粘性耗散係數之間關係式的重新推導，在強化最小臨界時間的作用後，新提出2個調節係數，大大簡化了DEM計算時模型參數的選取。更為重要的是，項目提出的調節係數的選取也是可控的；通過大量合理設計的驗算和數據訓練，並與試驗結果對比，在建立了新提出調節係數與固體物性，需要時間步長的資料庫後，既能保證DEM的計算效率又能達到需要的精度，是DEM套用上的一大突破。同時，對改進後的DEM程式基於GPU的通用計算，套用計算統一設備架構（CUDA）編程進行並行化加速，經過與試驗系統的對比，並行化的程式在保證精度的前提下，能提高計算效率2~5倍。除了固體顆粒，其餘各相均基於歐拉坐標系，對各相建立體積平均變數的控制方程，引入通過相間邊界相互作用的相間作用力，採用傳統格線方法求解。本項目將歐拉坐標系和拉格朗日坐標系耦合起來，並就採用DEM對固相建模後帶來的液固和氣固之間的耦合問題進行了大量的驗算，通過與典型的實驗結果進行對比，混合法建立的程式計算結果是有效並準確的。在上述研究的基礎之上，本項目將研究對象拓展到碎片床的形成，重點關注形成過程和碎片床的形成形狀，進行了大量的試驗和數值模擬，試驗和模擬結果的對比不僅驗證了混合法開發的程式的有效性，也為自平過程的模擬提供了更真實和準確的起點。
