到目前为止,国内外已有大量用于反应堆热工水力计算的子通道模型的程序。这些程序的差别主要在于处理横流混合的方法和联合求解方程组的方法各有不同。这些程序的水力模型基本相似,物理模型中最大的不确定性是子通道间的相互作用。这种相互作用是子通道分析的主要特点,通常有如下3个主要过程。
①由于子通道间横向压力梯度引起横向流,致使子通道间产生净的质量、能量和动量交换。
②由压力和流量的随机波动引起的湍流交混,它只引起子通道间净的热量和动量交换,不引起质量交换。
③在两相流系统中,气泡具有向高速区和几何开阔区域转移的趋势,这种趋势通常称为“空泡漂移”,这也会引起子通道间的质量、能量和动量交换。(www.daowen.com)
它们的共同点都是通过求解各子通道的质量守恒、能量守恒和轴向、横向动量守恒等4个基本方程,首先计算各子通道内不同轴向高度上冷却剂的质量流量和焓值,求出最热的通道。然后再计算燃料元件棒的温度场,求出燃料芯块中心的最高温度和燃料元件表面的最小临界热流密度比。
比较著名的水堆通用子通道程序COBRA-TF是一个研究核电站系统中垂直部件的热工水力特性的大型部件程序。采用两流体模型,由于相间彼此不完全独立,故方程要有一个相间的相互作用项来反映相间的动量、能量或质量的耦合关系。两流体模型的优点是可以获得详细的流场和相分布。它的主要缺点是目前所用的相互作用项还不够完善。针对核电站瞬态及事故工况下各部件冷却剂的热工水力特性,程序采取了两相三流场数学物理模型。在数值计算方法上,一方面它受计算区域的形状及复杂物性的限制较小;另一方面,由于采用强稳定两步法的计算方法,使程序的计算速度大大提高,以至可在普通计算机上完全实现对堆芯及蒸汽发生器热工水力特性的实时仿真。
鉴于COBRA-TF程序的先进性,下面将简要介绍该程序所用的守恒方程。
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