一种流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法及装置

摘要

本发明公开了一种流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法及装置，涉及核反应堆工程仿真技术领域，该方法包括设定边界条件、初始条件和结构参数，建立两相压力矩阵并求解，得到节点压力；计算各节点内相间换热量和相变流量；建立气相能量矩阵和液相能量矩阵并求解，得到节点气相和液相焓值，计算得到气相和液相的物性参数；获取流网模型的参数并进行预处理，调整放射性物质输运模型的参数；建立放射性物质的分布矩阵、沉积矩阵和气液泄漏矩阵并求解，获得放射性物质的活度分布、沉积量和泄漏量。本申请能够实现放射性物质输运计算和流网计算的耦合，并且放射性物质输运计算不影响流网计算效率。

说明书

技术领域

本申请涉及核反应堆工程仿真技术领域，具体涉及一种流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法及装置。

背景技术

核电仿真技术是核电系统安全评估的重要手段，无论是训练用的仿真机，还是求解热工水力过程的高精度模型。核电仿真技术已经融入到核电工业的全过程中。为了应对在极端苛刻条件下可能发生的事故所带来的严重后果，需要提前对事故发生后放射性物质的迁移过程进行动态仿真，同时对放射性物质扩散和泄露的量进行实时仿真计算，以便对事故进程及放射性后果进行详细评价和研究，从而为制定应急响应计划和及时采取事故缓解措施提供参考。

流网仿真程序已经发展多年，技术路线较为成熟，而放射性物质输运计算，特别是二回路放射性物质输运计算仍是热点难点问题。因此如何实现放射性物质输运计算的人机交互，以及如何实现在成熟的流网仿真程序中添加放射性物质输运计算模块，并且不影响流网程序计算效率，进而满足总程序的实时性，是当前亟需解决的问题。

发明内容

本申请提供一种流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法及装置，能够实现放射性物质输运计算和流网计算的耦合，并且放射性物质输运计算不影响流网计算效率。

第一方面，本申请实施例提供一种流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法，所述流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法包括：

设定边界条件、初始条件和结构参数，建立两相压力矩阵并求解，得到节点压力；

根据节点压力计算得到节点间气相和液相流量，并计算各节点内相间换热量和相变流量；

建立气相能量矩阵和液相能量矩阵并求解，得到节点气相和液相焓值，并根据节点压力，以及节点气相和液相焓值，计算得到气相和液相的物性参数；

获取流网模型的参数并进行预处理，调整放射性物质输运模型的参数；

建立放射性物质的分布矩阵、沉积矩阵和气液泄漏矩阵并求解，获得放射性物质的活度分布、沉积量和泄漏量。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述流网模型通过节点流线法进行建立。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述获取流网模型的参数并进行预处理，其中，获取的参数包括：

节点当前时刻积存液态工质质量、节点当前时刻积存气态工质质量、节点上个时刻积存的液态工质质量、节点上个时刻积存的气态工质质量、节点冷凝质量、节点蒸发质量、节点流入液态工质流量、节点流出液态工质流量、节点边界液态工质流量、节点流入气态工质流量、节点流出气态工质流量、节点边界气态工质流量、流入节点液态流量的节点坐标、流出节点液态流量的节点坐标、流入节点气态流量的节点坐标、流出节点气态流量的节点坐标、节点液态工质的密度、节点工质与壁面接触的有效面积、节点内液态工质的流动速度、节点内液态工质的温度、节点管道长度和节点水力直径。

结合第一方面，在一种实施方式中，

所述获取流网模型的参数并进行预处理，其中，预处理包括倒流识别、归零处理和异常情况处理；

所述倒流识别为基于主动规定的正向流动方向，当流网模型发生倒流时将流量变更为负值；

所述归零处理为当节点内积存质量小于设定的无限小值时，将当前节点设定为空节点，并将当前节点内积存的放射性物质全部排出节点；

所述异常情况处理为当流线流量小于设定的无限小值时，切断当前放射性物质传输流线，将当前放射性物质传输流线上游节点坐标设定为零。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述调整放射性物质输运模型的参数，其中，调整的参数包括：

各放射性物质边界输入源项、各放射性物质节点气态分布比活度、各放射性物质节点液态分布比活度和节点放射性物质过滤效率。

结合第一方面，在一种实施方式中，在程序运行过程中对放射性物质输运模型的参数进行主动调整。

结合第一方面，在一种实施方式中，所述放射性物质的分布矩阵具体为：

A

其中，α

结合第一方面，在一种实施方式中，所述放射性物质的沉积矩阵具体为：

CX′

其中，s

结合第一方面，在一种实施方式中，所述放射性物质的气液泄漏矩阵具体为：

DX

其中，a

第二方面，本申请实施例提供一种流网模型与管网放射性物质输运模型耦合装置，包括：

设定模块，其用于设定边界条件、初始条件和结构参数，建立两相压力矩阵并求解，得到节点压力；

第一计算模块，其用于根据节点压力计算得到节点间气相和液相流量，并计算各节点内相间换热量和相变流量；

第二计算模块，其用于建立气相能量矩阵和液相能量矩阵并求解，得到节点气相和液相焓值，并根据节点压力，以及节点气相和液相焓值，计算得到气相和液相的物性参数；

调整模块，其用于获取流网模型的参数并进行预处理，调整放射性物质输运模型的参数；

执行模块，其用于建立放射性物质的分布矩阵、沉积矩阵和气液泄漏矩阵并求解，获得放射性物质的活度分布、沉积量和泄漏量。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

(1)本申请能够实现放射性物质输运计算和流网计算的耦合，并且放射性物质输运计算不影响流网计算效率，进而实现总程序的实时性；

(2)可以在本申请放射性物质输运模型中设置人机交互功能，操作人员在程序运行的过程中，可以改变部分参数值，影响程序内模型的计算过程，实现人机交互的功能；

(3)流网模型与放射性物质输运模型参数传递时，本申请采用倒流识别、归零处理、异常情况处理的方法，具有大幅提高程序运算速度、增强程序的稳定性和鲁棒性的优点。

附图说明

图1为本申请一种流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法的流程图；

图2为本申请一种流网模型与管网放射性物质输运模型耦合装置的结构示意图；

图3为本申请流网模型与管网放射性物质输运模型耦合设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

第一方面，本申请实施例提供一种流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法，能够实现耦合程序的实时性和人机交互的功能，满足核电仿真模拟机需求，采用倒流识别、归零处理、异常情况处理的预处理方式，具有大幅提高程序运算速度、增强程序的稳定性和鲁棒性的优点。

参照图1，图1为本申请流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法的流程示意图。如图1所示，流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法包括：

S1：设定边界条件、初始条件和结构参数，建立两相压力矩阵并求解，得到节点压力；即首先需要给定边界条件、初始条件和结构参数，然后建立两相压力矩阵并进行求解，即可获得节点压力。

需要说明的是，边界条件一般包括边界节点的压力、气液相的焓值以及气液相的流量；初始条件主要指初始时刻的压力分布、气液相的焓值分布、气液相的流量分布，以及各节点的活度分布、沉积量及泄露量；结构参数主要包括管子长度、管子水力直径、管网拓扑结构、管子粗糙度等。

S2：根据节点压力计算得到节点间气相和液相流量，并计算各节点内相间换热量和相变流量；即根据得到的节点压力计算得到节点间的气相流量和液相流量，然后计算得到各节点内相间换热量和相变流量。

S3：建立气相能量矩阵和液相能量矩阵并求解，得到节点气相和液相焓值，并根据节点压力，以及节点气相和液相焓值，计算得到气相和液相的物性参数；即分别建立气相能量矩阵和液相能量矩阵并求解，得到节点气相和液相焓值，然后根据节点压力，以及节点气相和液相焓值，计算得到气相和液相的物性参数。

本申请中，步骤S1～S3为对流网模型的相关操作。

S4：获取流网模型的参数并进行预处理，调整放射性物质输运模型的参数；即接收来自流网模型的参数，并对参数进行倒流识别、归零处理和异常情况处理。

具体的，流网模型通过节点流线法进行建立。

进一步的，获取流网模型的参数并进行预处理，其中，获取的参数包括：节点当前时刻积存液态工质质量、节点当前时刻积存气态工质质量、节点上个时刻积存的液态工质质量、节点上个时刻积存的气态工质质量、节点冷凝质量、节点蒸发质量、节点流入液态工质流量、节点流出液态工质流量、节点边界液态工质流量、节点流入气态工质流量、节点流出气态工质流量、节点边界气态工质流量、流入节点液态流量的节点坐标、流出节点液态流量的节点坐标、流入节点气态流量的节点坐标、流出节点气态流量的节点坐标、节点液态工质的密度、节点工质与壁面接触的有效面积、节点内液态工质的流动速度、节点内液态工质的温度、节点管道长度和节点水力直径。对于参数的传递获取关系见下表1所示。

表1

进一步的，获取流网模型的参数并进行预处理，其中，预处理包括倒流识别、归零处理和异常情况处理；倒流识别为基于主动规定的正向流动方向，当流网模型发生倒流时将流量变更为负值，即认为规定正向流动的方向，当流网模型发生倒流时，流量会变为负值。

归零处理为当节点内积存质量小于设定的无限小值时，将当前节点设定为空节点，并将当前节点内积存的放射性物质全部排出节点。具体的，当节点内积存质量无限接近0(小于0.0001)时，将当前节点设定为空节点，并将当前节点内积存的放射性物质全部排出节点。

异常情况处理为当流线流量小于设定的无限小值时，切断当前放射性物质传输流线，将当前放射性物质传输流线上游节点坐标设定为零。具体的，当流线流量接近0时，切断当前放射性物质传输流线，将当前放射性物质传输流线上游节点坐标设定为零，使得系数矩阵构建计算时将跳过此流线。

需要补充说明的是，调整放射性物质输运模型的参数，其中，调整的参数包括：各放射性物质边界输入源项、各放射性物质节点气态分布比活度、各放射性物质节点液态分布比活度和节点放射性物质过滤效率。

进一步的，在程序运行过程中对放射性物质输运模型的参数进行主动调整。即调整放射性物质输运模型参数发生在程序运行过程中，由操作人员实现。具体的，放射性物质输运模型参数发生在流网模型的运行过程中。

即为了实现人机交互功能，操作人员在程序运行的过程中，可以改变放射性物质输运模型的各放射性物质边界输入源项、各放射性物质节点气态分布比活度、各放射性物质节点液态分布比活度、节点放射性物质过滤效率等参数。具体的参数对应关系见下表2所示。

表2

需要补充说明的是，本申请中，假设放射性物质不影响流网模型的物理热工性质，放射性物质输运模型不向流网模型返回参数。

S5：建立放射性物质的分布矩阵、沉积矩阵和气液泄漏矩阵并求解，获得放射性物质的活度分布、沉积量和泄漏量。

本申请中，步骤S5为对放射性物质输运模型的相关操作。

本申请中，放射性物质的分布矩阵具体为：

A

其中，α

本申请中，放射性物质的沉积矩阵具体为：

CX′

其中，s

本申请中，放射性物质的气液泄漏矩阵具体为：

DX

其中，a

进一步的，当求解获得放射性物质的活度分布、沉积量和泄漏量之后，进行计算时间是否达到的判断，若是，则结束，若否，则将计算得到的物性参数用于构建下一时间步长的压力矩阵。

本申请实施例的流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法，能够实现放射性物质输运计算和流网计算的耦合，并且放射性物质输运计算不影响流网计算效率，进而实现总程序的实时性；可以在放射性物质输运模型中设置人机交互功能，操作人员在程序运行的过程中，可以改变部分参数值，影响程序内模型的计算过程，实现人机交互的功能；流网模型与放射性物质输运模型参数传递时，本申请采用倒流识别、归零处理、异常情况处理的方法，具有大幅提高程序运算速度、增强程序的稳定性和鲁棒性的优点。

第二方面，本申请实施例还提供一种流网模型与管网放射性物质输运模型耦合装置。

一实施例中，参照图2，图2为本申请流网模型与管网放射性物质输运模型耦合装置的功能模块示意图。如图2所示，流网模型与管网放射性物质输运模型耦合装置包括：设定模块、第一计算模块、第二计算模块、调整模块和执行模块。

设定模块用于设定边界条件、初始条件和结构参数，建立两相压力矩阵并求解，得到节点压力；第一计算模块用于根据节点压力计算得到节点间气相和液相流量，并计算各节点内相间换热量和相变流量；第二计算模块用于建立气相能量矩阵和液相能量矩阵并求解，得到节点气相和液相焓值，并根据节点压力，以及节点气相和液相焓值，计算得到气相和液相的物性参数；调整模块用于获取流网模型的参数并进行预处理，调整放射性物质输运模型的参数；执行模块用于建立放射性物质的分布矩阵、沉积矩阵和气液泄漏矩阵并求解，获得放射性物质的活度分布、沉积量和泄漏量。

第三方面，本申请实施例提供一种流网模型与管网放射性物质输运模型耦合设备，流网模型与管网放射性物质输运模型耦合设备可以是个人计算机(personalcomputer，PC)、笔记本电脑、服务器等具有数据处理功能的设备。

参照图3，图3为本申请实施例方案中涉及的流网模型与管网放射性物质输运模型耦合设备的硬件结构示意图。本申请实施例中，流网模型与管网放射性物质输运模型耦合设备可以包括处理器、存储器、通信接口以及通信总线。

其中，通信总线可以是任何类型的，用于实现处理器、存储器以及通信接口互连。

通信接口包括输入/输出(input/output，I/O)接口、物理接口和逻辑接口等用于实现流网模型与管网放射性物质输运模型耦合设备内部的器件互连的接口，以及用于实现流网模型与管网放射性物质输运模型耦合设备与其他设备(例如其他计算设备或用户设备)互连的接口。物理接口可以是以太网接口、光纤接口、ATM接口等；用户设备可以是显示屏(Display)、键盘(Keyboard)等。

存储器可以是各种类型的存储介质，例如随机存取存储器(randomaccessmemory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、非易失性RAM(non-volatileRAM，NVRAM)、闪存、光存储器、硬盘、可编程ROM(programmable ROM，PROM)、可擦除PROM(erasable PROM，EPROM)、电可擦除PROM(electrically erasable PROM，EEPROM)等。

处理器可以是通用处理器，通用处理器可以调用存储器中存储的流网模型与管网放射性物质输运模型耦合程序，并执行本申请实施例提供的流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法。例如，通用处理器可以是中央处理器(central processing unit，CPU)。其中，流网模型与管网放射性物质输运模型耦合程序被调用时所执行的方法可参照本申请流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法的各个实施例，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，图3中示出的硬件结构并不构成对本申请的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

第四方面，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质。

本申请计算机可读存储介质上存储有流网模型与管网放射性物质输运模型耦合程序，其中所述流网模型与管网放射性物质输运模型耦合程序被处理器执行时，实现如上述的流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法的步骤。

其中，流网模型与管网放射性物质输运模型耦合程序被执行时所实现的方法可参照本申请流网模型与管网放射性物质输运模型耦合方法的各个实施例，此处不再赘述。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。术语“第一”、“第二”和“第三”等描述，是用于区分不同的对象等，其不代表先后顺序，也不限定“第一”、“第二”和“第三”是不同的类型。

在本申请实施例的描述中，“示例性的”、“例如”或者“举例来说”等用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”、“例如”或者“举例来说”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”、“例如”或者“举例来说”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；文本中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

在本申请实施例描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作或步骤，但是应该理解，这些操作或步骤可以不按照其在本申请实施例中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号仅用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作或步骤可以按顺序执行或并行执行，并且这些操作或步骤可以进行组合。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备执行本申请各个实施例所述的方法。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。