(19)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 202210768207.8 (22)申请日 2022.07.01 (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 陈荣华　蔡庆航　郭凯伦　田文喜　 苏光辉　秋穗正　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 何会侠 (51)Int.Cl. G06F 30/25(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 17/16(2006.01)G06F 17/13(2006.01) G06Q 50/06(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/06(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 基于先进粒子法的核反应堆严重事故分析 方法 (57)摘要 一种基于先进粒子法的核反应堆严重事故 分析方法， 步骤如下： 1、 几何建模， 初始条件和边 界条件设置； 2、 材料物性及关键参数更新； 3、 机 械结构模块计算， 更新固体粒子应力、 应变、 内 能、 位移和速度； 4、 热工水力模块计算， 更新流体 粒子内能、 位置和速度； 5、 化学反应模块计算， 更 新粒子物质组成和内能； 6、 中子物理模块计算， 更新粒子中子通量密度； 7、 输出数据。 本发明方 法考虑核反应堆严重事故过程中的所有现象； 基 于先进粒子法离散格式， 能够精确捕捉界面变 化、 物质变化和相态 变化， 相比于网格法， 避免大 变形中存在网格畸变的问题； 算法过程易于实现 大规模并行计算。 权利要求书7页 说明书14页 附图1页 CN 115062525 A 2022.09.16 CN 115062525 A 1.一种基于先进粒子法的核反应堆 严重事故分析 方法， 其特 征在于： 步骤如下： 步骤1： 根据核反应堆严重事故分析计算对象， 构建粒子几何模型， 每个粒子的初始状 态由实际计算对象决定， 设置粒子的物性参数、 焓、 速度、 位置和应力应边状态， 根据实际计 算对象设置边界条件， 包括压力边界、 温度边界、 热流边界、 压力梯度边界、 速度边界、 载荷 边界、 对称边界和周期边界； 由步骤1建立了核反应堆严重事故分析计算对象的粒子几何模型、 关键参数、 初始状态 和边界条件， 能够实现任意复杂核反应堆 严重事故分析计算对象的真实状态的还原； 步骤2： 由核反应堆材料物性库计算每个粒子的材料物性变化， 包括密度、 比热容、 热导 率、 熔点、 沸点、 熔化潜热、 汽化潜热、 热导率、 杨氏模量、 泊松比、 热膨胀系数和热蠕变系数； 更新关键参数， 包括粒子法计算 流程中所需的粒子数密度、 粒子邻居域 集合和时间步长； 由步骤2的计算更新全局粒子的材料物性和关键参数， 材料物性更新实时获得严重事 故过程中堆型材料属性发生的变化， 关键参数的更新保证了先进 粒子法计算准确所需的必 要条件， 为后续核反应堆 严重事故分析计算 提供条件支撑； 步骤3： 考虑核反应堆严重事故过程中可能发生的机械结构的改变， 开展机械结构计 算， 包括热膨胀、 弹性变形、 塑性变形、 蠕变和断裂 计算； 热膨胀应 变计算如公式(1)所示， 式中 [dsT]i——粒子i的热膨胀应力增量张量， N/m2； κi——粒子i的热膨胀系数； Ti——粒子i的温度， K； Tiref——粒子i的参 考温度， K； 弹性应力计算如公式(2)所示， 式中 ——弹性应力张量的分量， N/m2； λ——拉梅常数的第一个参数， μ——拉梅常数的第二个参数， 其中， E为杨氏模量， v为泊松比； ——弹性应 变张量对角项之和， 即 δα β——克罗内克尔函数， ——弹性应 变张量的分量；权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 115062525 A 2α ——α 方向， 是x， y， z中任意 值； β ——β 方向， 是x， y， z中任意 值； 如果粒子的等效应力大于屈服极限， 则认为发生塑性变形， 塑性应力应变计算如公式 (3)和公式(4)所示， [dε]n＝[dεp]n+[dεe]n+[dεT]n         公式(4) 式中 [dsp]n——第n时间步下的塑性应力增量张量， N/m2； [ds]n——第n时间步下的应力增量张量， N/m2； [dsT]n——第n时间步下的热膨胀应力增量张量， N/m2； [dse]n——第n时间步下的弹性应力增量张量， N/m2； [s]n‑1——第n‑1时间步下的应 变张量， N/m2； dλn——增量参数， 由材 料的力学 特性决定； 蠕变计算由蠕变率决定， 蠕变率的计算如公式(5)所示， 式中 ——蠕变率； ——热蠕变系数； σ ——应力张量， N/m2； φ——快中子通 量密度， 中子 /m2/s； 断裂根据 粒子间应力大小和粒子间距判定， 当粒子间应力大于断裂阈值或粒子间距大 于或小于断裂阈值时， 认为 发生断裂， 断裂后的粒子间不存在固体内的应力， 两者之 间的相 互作用转变为碰撞相互作用； 通过步骤3计算得到每个粒子在热膨胀、 弹性、 塑性、 蠕变、 断裂作用下应力或应变， 再 通过质量守恒方程、 能量守恒方程和动量守恒方程， 计算粒子的速度、 位置和能量， 三个守 恒方程形式相同， 需要注意的是其中应力的散度项采用先进粒子法离散形式计算， 先进粒 子法离散形式如公式(6)至(12)所示 Dφi＝HMbi               公式(6) 权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 115062525 A 3