熱工水力分析
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
熱工水力分析的視頻教程
中核核反應(yīng)堆熱工水力實(shí)驗(yàn)室：多相流數(shù)值計(jì)算在核電研發(fā)中的應(yīng)用簡(jiǎn)介
內(nèi)容概要：1.核能轉(zhuǎn)化研發(fā)中數(shù)值計(jì)算分析的需求及難點(diǎn)介紹2.國(guó)內(nèi)外針對(duì)核能轉(zhuǎn)化研發(fā)數(shù)值模擬需求所開發(fā)的CFD軟件現(xiàn)狀3.解決方案及典型應(yīng)用，解決多相流模擬問題，實(shí)現(xiàn)自主可控4.針對(duì)新堆型、新技術(shù)，數(shù)值計(jì)算分析的未來開發(fā)路徑
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熱工水力分析的實(shí)例教程
圖 1VirtualFlow中多相流模型類型
三、多相流模型在核電領(lǐng)域的應(yīng)用
（一）核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)與優(yōu)化
堆芯冷卻與流動(dòng)：模擬核反應(yīng)堆堆芯內(nèi)的冷卻劑流動(dòng)和傳熱過程，分析燃料元件表面的溫度分布、冷卻劑的流動(dòng)速度和壓力損失等，為堆芯的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供依據(jù)，對(duì)于事故工況，需要考慮多相流模型的應(yīng)用。
燃料元件性能評(píng)估：研究燃料元件在不同運(yùn)行條件下的熱工性能，如燃料溫度、包殼溫度、冷卻劑溫度和流量等，預(yù)測(cè)燃料元件的燒毀率和壽命，為燃料元件的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供指導(dǎo)。
蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)：模擬蒸汽發(fā)生器內(nèi)的汽水兩相流動(dòng)和傳熱過程，優(yōu)化蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，提高其傳熱效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。例如，通過模擬蒸汽發(fā)生器內(nèi)的汽水分離過程，改進(jìn)汽水分離裝置的設(shè)計(jì)，減少蒸汽中的水滴攜帶，提高蒸汽品質(zhì)。
（二）熱工水力分析
單通道熱工水力分析：對(duì)核反應(yīng)堆單通道內(nèi)的冷卻劑流動(dòng)和傳熱進(jìn)行模擬，分析通道內(nèi)的溫度分布、壓力降和熱傳遞特性，評(píng)估通道的熱工性能和安全性。
多通道熱工水力分析：考慮核反應(yīng)堆內(nèi)多個(gè)并行通道之間的相互影響，如流量分配、溫度耦合等，研究多通道熱工水力現(xiàn)象，為核反應(yīng)堆的熱工設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。
圖 2 棒束通道流動(dòng)換熱
?熱分層現(xiàn)象研究：在核反應(yīng)堆的某些管道和設(shè)備中，由于冷熱流體的混合，可能會(huì)產(chǎn)生熱分層現(xiàn)象。多相流模型可用于模擬熱分層現(xiàn)象，分析其對(duì)管道應(yīng)力、設(shè)備性能和安全的影響，為防止熱分層引起的熱疲勞和設(shè)備失效提供技術(shù)支持。
圖 3 管道熱分層模擬
（三）安全分析與評(píng)估
失水事故（LOCA）模擬：失水事故是核反應(yīng)堆的一種嚴(yán)重事故工況，多相流模型可用于模擬失水事故過程中的冷卻劑流失、燃料元件暴露、蒸汽生成和壓力變化等現(xiàn)象，預(yù)測(cè)事故的發(fā)展趨勢(shì)和后果，為制定事故應(yīng)急預(yù)案和安全措施提供依據(jù)。
展開 3 月 13 日，由中國(guó)核學(xué)會(huì)核反應(yīng)堆熱工流體力學(xué)分會(huì)主辦，中核核反應(yīng)堆熱工水力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、上海積鼎信息科技有限公司、先進(jìn)核能技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承辦的 “核反應(yīng)堆熱工水力仿真技術(shù)前沿探索與實(shí)踐” 線上直播活動(dòng)圓滿舉辦。本次活動(dòng)聚焦核反應(yīng)堆仿真領(lǐng)域的最新進(jìn)展與挑戰(zhàn)，吸引了近300位行業(yè)專家及在校學(xué)生的關(guān)注。
中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院反應(yīng)堆工程研究所副所長(zhǎng)、中國(guó)核學(xué)會(huì)核反應(yīng)堆熱供流體力學(xué)分會(huì)的理事長(zhǎng) 黃彥平 在致辭中指出，核能技術(shù)的迭代對(duì)流體仿真提出了更高要求，亟需在精度提升、計(jì)算效率優(yōu)化及模型驗(yàn)證等方面取得突破。國(guó)產(chǎn)流體仿真軟件的自主研發(fā)是打破技術(shù)壟斷的關(guān)鍵。黃總呼吁產(chǎn)學(xué)研各方需強(qiáng)化合作，通過資源共享與協(xié)同創(chuàng)新，共同攻克行業(yè)難題。
作為本次活動(dòng)的承辦單位之一，積鼎科技研發(fā)中心總監(jiān)符凱的報(bào)告《國(guó)產(chǎn)流體仿真軟件在核反應(yīng)堆仿真中的應(yīng)用》受到關(guān)注。積鼎科技深耕 CFD 領(lǐng)域多年，自主開發(fā)了通用流體仿真軟件 VirtualFlow在核反應(yīng)堆仿真中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。
積鼎科技的仿真軟件可應(yīng)用于核領(lǐng)域的多種堆型，包括壓水堆、鉛鉍/鈉冷快堆、熔鹽堆等。在壓水堆中，軟件可模擬安注水過程、氫氣復(fù)合及燃燒、抑壓水池工作過程等；在鉛鉍/鈉冷快堆中，可進(jìn)行金屬液體熱工水力計(jì)算、事故工況下自然對(duì)流計(jì)算等；在熔鹽堆中，實(shí)現(xiàn)了堆芯流量分配計(jì)算、熔鹽泄露凝固計(jì)算等關(guān)鍵場(chǎng)景的仿真。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
全代碼自主可控：該軟件安全可靠可控，經(jīng)第三方評(píng)測(cè)顯示代碼自主率超過 95%。
全方位仿真能力：支持多相流、湍流、相變、傳熱等復(fù)雜物理模型，能夠精確模擬核反應(yīng)堆中的流動(dòng)傳熱傳質(zhì)、多相流相變、可壓縮流體、多組分等問題。
應(yīng)用場(chǎng)景覆蓋廣：軟件經(jīng)過市場(chǎng)長(zhǎng)期驗(yàn)證，已積累的測(cè)試案例庫(kù)>1000個(gè)。
展開 為普及和推廣高性能水力學(xué)軟件使用、培養(yǎng)高性流體力學(xué)專業(yè)人才，浙江遠(yuǎn)算科技有限公司聯(lián)合上海交通大學(xué)將于2021年10月27日至29日舉辦code_saturne熱工水力及核電領(lǐng)域應(yīng)用專題培訓(xùn)課程，這也是遠(yuǎn)算聯(lián)“走進(jìn)高校”大型培訓(xùn)活動(dòng)的第一站。具體安排如下：
培訓(xùn)對(duì)象
從事流體力學(xué)研究的科研院所和
高校教師、研究生、科研工作人員及相關(guān)企業(yè)工程師
培訓(xùn)時(shí)間
2021年10月27日～29日
報(bào)名截止時(shí)間：
2021年10月27日
本次培訓(xùn)名額有限，報(bào)名從速
。
HPC分析公司Hyperion Research在國(guó)際超級(jí)計(jì)算大會(huì)（ISC）上宣布半年度HPC市場(chǎng)的變化，將其五年行業(yè)預(yù)測(cè)改為2023年達(dá)到440億美元（390億歐元） ，高于此前預(yù)測(cè)的390億美元（350億歐元）。
在其中，工業(yè)仿真和人工智能是HPC細(xì)分市場(chǎng)中增長(zhǎng)速度是最快的，這證明人們?cè)诳萍及l(fā)展創(chuàng)新上對(duì)HPC的重用。在商業(yè)用途中，越來越多的企業(yè)使用HPC進(jìn)行可擴(kuò)展并行處理、快速數(shù)據(jù)遷移、超大內(nèi)存系統(tǒng)和其他HPC功能等，還有高度數(shù)據(jù)密集的AI / ML / DL工作負(fù)載來進(jìn)行仿真和分析。
工業(yè)發(fā)展對(duì)HPC有大量的需求
最早使用高性能計(jì)算機(jī)的航天領(lǐng)域，有大量的問題需要超算的支持。例如高超音速飛行器外形空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和分析、飛行器氣動(dòng)熱、結(jié)構(gòu)耦合分析、不同載荷條件下推進(jìn)劑行為模擬、火箭電磁兼容性分析等都需要大規(guī)模的計(jì)算和仿真。
同時(shí)，高性能計(jì)算在數(shù)值風(fēng)洞、氣動(dòng)氣彈、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、載荷疲勞等方面有大量的應(yīng)用，進(jìn)行民用飛機(jī)、軍用飛機(jī)和通用飛機(jī)的組件、部件、全機(jī)的計(jì)算、分析、研究和模擬等。
在核電工程方面，在核反應(yīng)堆堆芯熱工水力分析，核反應(yīng)堆保護(hù)和控制分析，核反應(yīng)堆主冷系統(tǒng)流固耦合分析，核級(jí)設(shè)備應(yīng)力分析與抗震力學(xué)分析等方面需要大規(guī)模的計(jì)算。
展開 CFD可以建立詳細(xì)的子通道模型，模擬冷卻劑在堆芯內(nèi)的流動(dòng)和傳熱情況，分析繞絲引起的攪渾效應(yīng)。例如，通過上海積鼎自主研發(fā)的通用流體力學(xué)分析軟件VirtualFlow建立帶繞絲的燃料棒束模型，計(jì)算不同流量工況下的流場(chǎng)特性，獲得繞絲的湍流攪渾系數(shù)，并將其用于子通道計(jì)算程序中，得到各類子通道的溫度分布。</p><p><br></p><p class="ql-align-center"><img src="https://file1.elecfans.com/web3/M00/09/9C/wKgZO2e737eARFyaAAGm6wXLZ88632.png"></p><p class="ql-align-center">圖 3 采用VirtualFlow對(duì)帶繞絲棒束模型進(jìn)行數(shù)值分析</p><p>冷卻劑流動(dòng)特性：CFD能夠模擬鈉冷快堆中液態(tài)鈉的流動(dòng)特性，包括流速分布、壓力降等。這對(duì)于優(yōu)化堆芯設(shè)計(jì)、降低流動(dòng)阻力和提高冷卻效率具有重要意義。例如，在低雷諾數(shù)條件下，CFD可以用于研究鈉冷快堆燃料組件棒束的阻力特性，為自然循環(huán)冷卻過程中的換熱分析提供支持。</p><p>通風(fēng)系統(tǒng)分析：CFD能夠模擬鈉冷快堆中屏蔽氣體氬氣及空氣的流動(dòng)特性，為優(yōu)化旋塞結(jié)構(gòu)、保護(hù)容器設(shè)計(jì)、屏蔽體通風(fēng)設(shè)計(jì)等提供支持。</p><p><strong>2.安全分析</strong></p><p>事故工況模擬：CFD可以模擬鈉冷快堆在各種事故工況下的熱工水力行為，如冷卻劑泄漏、泵失效等，幫助評(píng)估反應(yīng)堆的安全性能。</p><p>反應(yīng)性反饋計(jì)算：CFD與中子動(dòng)力學(xué)模塊耦合，可以實(shí)現(xiàn)鈉冷快堆的多維度耦合計(jì)算。通過CFD計(jì)算得到的熱工水力參數(shù)，作為中子動(dòng)力學(xué)模塊的邊界條件，計(jì)算反應(yīng)性引入時(shí)堆芯的核物理反應(yīng)性。這種方法能夠更準(zhǔn)確地分析反應(yīng)堆在不同工況下的反應(yīng)性變化，提高安全分析的可靠性。
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（二）熱工水力分析
單通道熱工水力分析：對(duì)核反應(yīng)堆單通道內(nèi)的冷卻劑流動(dòng)和傳熱進(jìn)行模擬，分析通道內(nèi)的溫度分布、壓力降和熱傳遞特性，評(píng)估通道的熱工性能和安全性。
多通道熱工水力分析：考慮核反應(yīng)堆內(nèi)多個(gè)并行通道之間的相互影響，如流量分配、溫度耦合等，研究多通道熱工水力現(xiàn)象，為核反應(yīng)堆的熱工設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。
3 月 13 日，由中國(guó)核學(xué)會(huì)核反應(yīng)堆熱工流體力學(xué)分會(huì)主辦，中核核反應(yīng)堆熱工水力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、上海積鼎信息科技有限公司、先進(jìn)核能技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承辦的 “核反應(yīng)堆熱工水力仿真技術(shù)前沿探索與實(shí)踐” 線上直播活動(dòng)圓滿舉辦。本次活動(dòng)聚焦核反應(yīng)堆仿真領(lǐng)域的最新進(jìn)展與挑戰(zhàn)，吸引了近300位行業(yè)專家及在校學(xué)生的關(guān)注。
中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院反應(yīng)堆工程研究所副所長(zhǎng)、中國(guó)核學(xué)會(huì)核反應(yīng)堆熱供流體力學(xué)分會(huì)的理事長(zhǎng)
</p><h2 class="ql-align-center">4、CFD在鈉冷快堆設(shè)計(jì)與分析中的作用</h2><p>計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）在鈉冷快堆的設(shè)計(jì)和分析中發(fā)揮著重要作用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p><strong>1.熱工水力分析</strong></p><p>子通道分析：鈉冷快堆的燃料組件采用繞絲纏繞棒束的固定方式，冷卻劑通道較為復(fù)雜。
code_saturne是法國(guó)電力集團(tuán)（EDF）研發(fā)的一款通用計(jì)算流體力學(xué)開源軟件?；谟邢摅w積方法，支持多種類型網(wǎng)格，通過求解納維-斯托克斯方程，用于處理二維、二維對(duì)稱、三維，穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)，層流或湍流，不可壓或微可壓流體，等溫或非等溫等多種計(jì)算問題。軟件涵蓋大氣模擬、煤粉、重質(zhì)燃料及生物質(zhì)的燃燒
在核電工程方面，在核反應(yīng)堆堆芯熱工水力分析，核反應(yīng)堆保護(hù)和控制分析，核反應(yīng)堆主冷系統(tǒng)流固耦合分析，核級(jí)設(shè)備應(yīng)力分析與抗震力學(xué)分析等方面需要大規(guī)模的計(jì)算。
