[發(fā)明專利]FCM燃料元件中TRISO燃料顆粒隨機分布的建模方法

有效

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• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111209690B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 巫英偉;張程;王陽陽;秋穗正;蘇光輝;田文喜
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會俠

一種FCM燃料元件中TRISO燃料顆粒隨機分布的建模方法，該方法包括如下步驟：1.設(shè)定TRISO燃料顆粒個數(shù)，燃料元件尺寸，無燃料區(qū)寬度，TRISO燃料顆粒的各層半徑；2.隨機生成TRISO燃料顆粒的球心坐標(biāo)，并判斷該坐標(biāo)是否在FCM燃料元件界限之內(nèi)，如不在則重新生成坐標(biāo)；3.從第i(i1)個TRISO燃料顆粒開始，判斷和之前構(gòu)建的每個燃料顆粒是否有幾何重疊，如重合則重新生成坐標(biāo)；4.建立TRISO燃料顆粒的多層幾何并儲存第i個燃料顆粒的坐標(biāo)；5.判斷TRISO燃料顆粒的個數(shù)是否滿足，如不滿足返回步驟2繼續(xù)生成坐標(biāo)；6.創(chuàng)建FCM燃料元件幾何，運用布爾運算區(qū)分燃料元件和TRISO燃料顆粒，建模結(jié)束。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及TRISO燃料顆粒隨機分布建模屬于技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種FCM燃料元件中TRISO燃料顆粒隨機分布的建模方法。

背景技術(shù)

全陶瓷微封裝(FCM)燃料是一種彌散型燃料元件，是新一代燃料概念耐事故燃料(ATF)中的重要候選方案之一。在結(jié)構(gòu)形式上，F(xiàn)CM燃料元件包含大量三層包覆各向同性(TRISO)燃料顆粒，即TRISO燃料顆粒彌散于基體組成FCM燃料元件。將Buffer(疏松熱解碳層)、IPyC(內(nèi)致密熱解碳層)、CVD-SiC(碳化硅層)和OPyC(外致密熱解碳層)逐層包裹在燃料核芯的外部，形成TRISO燃料顆粒，再將TRISO顆粒隨機的彌散在基體中構(gòu)成FCM燃料。因此，有必要建立起一套FCM燃料元件建模分析方法以盡可能模擬實際燃料的復(fù)雜制造過程，為FCM燃料元件的數(shù)值分析提供手段和方法。

國內(nèi)外研究

近年來，因此國內(nèi)外研究者選用數(shù)值模擬的方法對FCM燃料元件展開建模并在此基礎(chǔ)上對其進行燃料性能分析研究。

如文獻《D.Schappela,K.Terrani.Modeling the performance of TRISO-basedfully ceramic matrix(FCM)fuel in an LWR environment using BISON.NuclearEngineering and Design 335(2018)116–127.》中，作者采用了一種隨機分布的腳本建立了半徑4.72mm，高13.5mm的FCM燃料芯塊模型，但不足之處在于，為了節(jié)省計算資源，將TRISO燃料顆粒的五層結(jié)構(gòu)簡化為了單層結(jié)構(gòu)，即只構(gòu)建出了最外層OPyC的幾何，物性也選取外致密熱解碳層的物性。這種建模方法雖然實現(xiàn)了FCM燃料元件隨機分布，但過于粗糙，不能完全模擬FCM燃料元件的堆內(nèi)行為。

又如文獻《劉振海，李文杰，陳平。FCM燃料熱學(xué)性能分析，核動力工程，第37卷，第6期，2016年12月》中，作者采用一種三維切片的策略構(gòu)建了FCM的燃料模型結(jié)構(gòu)，并對FCM燃料元件進行參數(shù)化建模，模型中TRISO顆粒以六邊形的形式規(guī)律彌散于基體中。這種建模方法雖然實現(xiàn)了FCM燃料元件的模型構(gòu)建，但分布非隨機的，且只進行了一個固有厚度切面的建模，仍然不能完全模擬FCM燃料元件的堆內(nèi)行為。

又如文獻《尹文，祖鐵軍，賀清明。全陶瓷微密封燃料有效多群截面計算方法研究，F(xiàn)CM燃料熱學(xué)性能分析，原子能科學(xué)技術(shù)，第53卷第7期，2019年7月》中，作者利用丹可夫修正因子等價得到FCM燃料組件各燃料棒的等效一維棒模型，對一維棒模型求解超細(xì)群慢化方程從而得到共振能量段的有效自屏截面。這種建模方法是反應(yīng)堆物理計算時的簡化，在對FCM燃料進行燃料分析時，該簡化方法并不可取。

綜上所述，國內(nèi)外針對FCM燃料的研究文獻較少，且針對FCM燃料元件的建模方法均存在一定的局限性，對于TRISO燃料顆粒幾何的處理較為粗糙，不能完全模擬FCM燃料元件的幾何結(jié)構(gòu)和堆內(nèi)行為。為了提高燃料分析程序時的可靠性和在燃料設(shè)計中的計算精度，針對FCM燃料元件開發(fā)一種隨機分布建模方法的十分必要。

發(fā)明內(nèi)容