磨损粉尘产生与流动分析方法、装置、设备及存储介质与流程

本技术涉及核能，尤其涉及一种磨损粉尘产生与流动分析方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、球床式高温气冷堆采用球形燃料元件，在堆芯活性区内随机堆积形成球床，反应堆长期运行过程中，燃料元件因重力、碰撞、挤压等机械作用发生表面磨损，产生微米至亚毫米级石墨粉尘，该类粉尘被冷却剂载带后在一回路迁移、沉积，可能影响设备换热并造成放射性源项释放，是反应堆安全分析的关键问题之一。

2、目前针对球床堆石墨粉尘的研究主要包括实验与数值模拟两类，实验难以还原堆芯内球与球、球与壁面碰撞及冷却剂冲刷的耦合环境；现有数值模拟多将粉尘产生与输运过程解耦处理，离散单元法仅通过碰撞参数估算产尘量而未与冷却剂流动耦合，多行为耦合分析的粉尘源项仍为预设值，未实现动态反馈。同时现有模拟多采用等效多孔介质或随机堆积模型，难以精确反映球床晶粒构型对磨损和流场的影响，且常采用固定床假设，无法模拟燃料球连续循环运动对磨损和粉尘累积的长期影响，难以获得准确的石墨粉尘产生与流动分布结果。

技术实现思路

1、本技术提供了一种磨损粉尘产生与流动分析方法、装置、设备及存储介质。可以解决相关技术中因粉尘产生与输运过程解耦、球床几何构型表征失真、无法模拟燃料球循环运动导致的粉尘产生与流动分布模拟精度不足的问题。

2、根据本技术的第一方面，提供了一种磨损粉尘产生与流动分析方法，其中，包括：

3、s1：建立燃料元件离散元模型，根据实际燃料元件的宏观物性参数对燃料元件进行参数标定，确定符合燃料元件宏观物性参数的接触模型参数组合作为燃料元件离散元模型参数设置，将燃料元件离散元模型设定为单元胞体；

4、s2：建立堆芯局部单元体模型，其几何尺寸由填充的燃料元件离散元模型数量与堆芯活性区燃料元件体积份额计算确定，形状为立方体，堆芯局部单元体模型内的多个燃料元件离散元模型按照经典晶粒构型排列，根据几何参数与分布位置同步建立计算流体力学（computational fluid dynamics，cfd）模型；

5、s3：堆芯局部单元体模型设置立方体表面边界条件，前后、左右边界设置为周期性边界条件，上边界为自由无约束，下边界设置为wall，设置单元胞体的重力、初始温度、热源，以及堆芯局部单元体模型的边界温度；

6、s4：堆芯局部单元体模型填充满足数量要求的单元胞体，并完成单元胞体间的接触模型参数设置，完成堆芯局部单元体模型初始化，即完成数字高程模型（digitalelevation model，dem）模拟设置与计算初始化；

7、s5：设定堆芯局部单元体模型内冷却流动的cfd模拟：根据堆芯活性区指定位置的实际工况参数，在堆芯局部单元体模型的上下表面设置冷却剂的温度、流量和压力边界条件，其余表面保持与下表面相同的温度、流量和压力，完成堆芯局部单元体模型流动模拟的初始化；

8、s6：设置堆芯局部单元体模型上边界有一个单元胞体以加速度进入堆芯局部单元体模型，加速度由重力叠加冷却剂浮力的总力折算而得，当任一单元胞体因移动离开堆芯局部单元体模型边界时，满足给定状态的单元胞体从相对应的边界重新进入模型，以模拟堆内燃料元件的连续循环运动；

9、s7：以一个cfd时间步长为一个大时间步长，每个大时间步长内嵌多个dem时间步长，在一个大时间步长的dem子循环中，模拟每个单元胞体所受的总力、移动速度、位置，以及因碰撞磨损产生的离散粉尘颗粒，离散粉尘颗粒包括颗粒尺寸和位置，根据磨损模型确定生成的离散颗粒尺寸及该子循环结束时的颗粒位置，并输出第一结果文件；

10、s8：在当前cfd大时间步长内，根据第一结果文件中的单元胞体位置和受力情况，以及离散颗粒的尺寸和位置，设置cfd模拟的几何构型和颗粒源项，完成当前状态下模型的传热和流动cfd模拟；

11、s9：cfd模拟完成当前时间步长后，输出每个单元胞体表面各积分点处的流体曳力、热通量，以及每个粉尘颗粒所在位置的流体速度、压力、温度、升力和曳力系数参数至第二结果文件；

12、s10：对于下一个cfd大时间步长内的dem子循环，根据第二结果文件中的流体曳力和颗粒所受流体参数，更新堆芯局部单元体模型中的边界条件；

13、s11：重复s7至s10，直至达到预设的总模拟时长，计算结束。

14、根据本技术的第二方面，提供了一种磨损粉尘产生与流动分析装置，包括：

15、第一建立模块，被配置为建立燃料元件离散元模型，根据实际燃料元件的宏观物性参数对燃料元件进行参数标定，确定符合燃料元件宏观物性参数的接触模型参数组合作为燃料元件离散元模型参数设置，将燃料元件离散元模型设定为单元胞体；

16、第二建立模块，被配置为建立堆芯局部单元体模型，其几何尺寸由填充的燃料元件离散元模型数量与堆芯活性区燃料元件体积份额计算确定，形状为立方体，堆芯局部单元体模型内的多个燃料元件离散元模型按照经典晶粒构型排列，根据几何参数与分布位置同步建立cfd模型；

17、第一设置模块，被配置为堆芯局部单元体模型设置立方体表面边界条件，前后、左右边界设置为周期性边界条件，上边界为自由无约束，下边界设置为wall，设置单元胞体的重力、初始温度、热源，以及堆芯局部单元体模型的边界温度；

18、初始化模块，被配置为堆芯局部单元体模型填充满足数量要求的单元胞体，并完成单元胞体间的接触模型参数设置，完成堆芯局部单元体模型初始化，即完成dem模拟设置与计算初始化；

19、设定模块，被配置为设定堆芯局部单元体模型内冷却流动的cfd模拟：根据堆芯活性区指定位置的实际工况参数，在堆芯局部单元体模型的上下表面设置冷却剂的温度、流量和压力边界条件，其余表面保持与下表面相同的温度、流量和压力，完成堆芯局部单元体模型流动模拟的初始化；

20、第二设置模块，被配置为设置堆芯局部单元体模型上边界有一个单元胞体以加速度进入堆芯局部单元体模型，加速度由重力叠加冷却剂浮力的总力折算而得，当任一单元胞体因移动离开堆芯局部单元体模型边界时，满足给定状态的单元胞体从相对应的边界重新进入模型，以模拟堆内燃料元件的连续循环运动；

21、第一模拟模块，被配置为以一个cfd时间步长为一个大时间步长，每个大时间步长内嵌多个dem时间步长，在一个大时间步长的dem子循环中，模拟每个单元胞体所受的总力、移动速度、位置，以及因碰撞磨损产生的离散粉尘颗粒，离散粉尘颗粒包括颗粒尺寸和位置，根据磨损模型确定生成的离散颗粒尺寸及该子循环结束时的颗粒位置，并输出第一结果文件；

22、第二模拟模块，被配置为在当前cfd大时间步长内，根据第一结果文件中的单元胞体位置和受力情况，以及离散颗粒的尺寸和位置，设置cfd模拟的几何构型和颗粒源项，完成当前状态下模型的传热和流动cfd模拟；

23、输出模块，被配置为cfd模拟完成当前时间步长后，输出每个单元胞体表面各积分点处的流体曳力、热通量，以及每个粉尘颗粒所在位置的流体速度、压力、温度、升力和曳力系数参数至第二结果文件；

24、更新模块，被配置为对于下一个cfd大时间步长内的dem子循环，根据第二结果文件中的流体曳力和颗粒所受流体参数，更新堆芯局部单元体模型中的边界条件；

25、重复模块，被配置为重复运行第一模拟模块、第二模拟模块、输出模块、更新模块，直至达到预设的总模拟时长，计算结束。

26、根据本技术的第三方面，提供了一种电子设备，包括：

27、至少一个处理器；

28、以及与至少一个处理器通信连接的存储器；

29、其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行前述第一方面的磨损粉尘产生与流动分析方法。

30、根据本技术的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，计算机指令用于使计算机执行前述第一方面的磨损粉尘产生与流动分析方法。

31、根据本技术的第五方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序在被处理器执行时实现如前述第一方面的磨损粉尘产生与流动分析方法。

32、通过本技术，由于采用经典晶粒构型的堆芯局部单元体同步构建离散元与 cfd模型，设置燃料元件连续循环运动边界，并以 cfd 大时间步内嵌 dem 子步的方式实现磨损产尘与冷却剂流场的双向耦合计算，因此，可以解决相关技术中因粉尘产生与输运过程解耦、球床几何构型表征失真、无法模拟燃料球循环运动导致的粉尘产生与流动分布模拟精度不足的问题，达到精准还原堆芯内燃料元件磨损产尘及粉尘随冷却剂流动迁移的动态过程、提升球床堆粉尘源项评估准确性的技术效果。

33、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。