熱工水力分析的案例
多相流模擬仿真在核電領域的應用及展望
圖 1VirtualFlow中多相流模型類型
三、多相流模型在核電領域的應用
（一）核反應堆設計與優化
堆芯冷卻與流動：模擬核反應堆堆芯內的冷卻劑流動和傳熱過程，分析燃料元件表面的溫度分布、冷卻劑的流動速度和壓力損失等，為堆芯的設計和優化提供依據，對于事故工況，需要考慮多相流模型的應用。
燃料元件性能評估：研究燃料元件在不同運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，預測燃料元件的燒毀率和壽命，為燃料元件的設計和改進提供指導。
蒸汽發生器設計：模擬蒸汽發生器內的汽水兩相流動和傳熱過程，優化蒸汽發生器的結構和參數，提高其傳熱效率和運行穩定性。例如，通過模擬蒸汽發生器內的汽水分離過程，改進汽水分離裝置的設計，減少蒸汽中的水滴攜帶，提高蒸汽品質。
（二）熱工水力分析
單通道熱工水力分析：對核反應堆單通道內的冷卻劑流動和傳熱進行模擬，分析通道內的溫度分布、壓力降和熱傳遞特性，評估通道的熱工性能和安全性。
多通道熱工水力分析：考慮核反應堆內多個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象，為核反應堆的熱工設計和運行提供更準確的預測。
圖 2 棒束通道流動換熱
?熱分層現象研究：在核反應堆的某些管道和設備中，由于冷熱流體的混合，可能會產生熱分層現象。多相流模型可用于模擬熱分層現象，分析其對管道應力、設備性能和安全的影響，為防止熱分層引起的熱疲勞和設備失效提供技術支持。
圖 3 管道熱分層模擬
（三）安全分析與評估
失水事故（LOCA）模擬：失水事故是核反應堆的一種嚴重事故工況，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象，預測事故的發展趨勢和后果，為制定事故應急預案和安全措施提供依據。
展開 流體力學分析軟件VirtualFlow，實現核反應堆熱工水力高效仿真
3 月 13 日，由中國核學會核反應堆熱工流體力學分會主辦，中核核反應堆熱工水力技術重點實驗室、上海積鼎信息科技有限公司、先進核能技術全國重點實驗室承辦的 “核反應堆熱工水力仿真技術前沿探索與實踐” 線上直播活動圓滿舉辦。本次活動聚焦核反應堆仿真領域的最新進展與挑戰，吸引了近300位行業專家及在校學生的關注。
中國核動力研究設計院反應堆工程研究所副所長、中國核學會核反應堆熱供流體力學分會的理事長 黃彥平 在致辭中指出，核能技術的迭代對流體仿真提出了更高要求，亟需在精度提升、計算效率優化及模型驗證等方面取得突破。國產流體仿真軟件的自主研發是打破技術壟斷的關鍵。黃總呼吁產學研各方需強化合作，通過資源共享與協同創新，共同攻克行業難題。
作為本次活動的承辦單位之一，積鼎科技研發中心總監符凱的報告《國產流體仿真軟件在核反應堆仿真中的應用》受到關注。積鼎科技深耕 CFD 領域多年，自主開發了通用流體仿真軟件 VirtualFlow在核反應堆仿真中展現出顯著優勢。
積鼎科技的仿真軟件可應用于核領域的多種堆型，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、氫氣復合及燃燒、抑壓水池工作過程等；在鉛鉍/鈉冷快堆中，可進行金屬液體熱工水力計算、事故工況下自然對流計算等；在熔鹽堆中，實現了堆芯流量分配計算、熔鹽泄露凝固計算等關鍵場景的仿真。
技術優勢：
全代碼自主可控：該軟件安全可靠可控，經第三方評測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、傳熱等復雜物理模型，能夠精確模擬核反應堆中的流動傳熱傳質、多相流相變、可壓縮流體、多組分等問題。
應用場景覆蓋廣：軟件經過市場長期驗證，已積累的測試案例庫>1000個。
展開 【培訓通知】關于遠算科技聯合上海交通大學共同舉辦code_saturne 熱工水力及核電領域應用專題培訓通知
為普及和推廣高性能水力學軟件使用、培養高性流體力學專業人才，浙江遠算科技有限公司聯合上海交通大學將于2021年10月27日至29日舉辦code_saturne熱工水力及核電領域應用專題培訓課程，這也是遠算聯“走進高校”大型培訓活動的第一站。具體安排如下：
培訓對象
從事流體力學研究的科研院所和
高校教師、研究生、科研工作人員及相關企業工程師
培訓時間
2021年10月27日～29日
報名截止時間：
2021年10月27日
本次培訓名額有限，報名從速
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高性能計算(HPC)在CAE仿真中的重要價值（文末有福利）
HPC分析公司Hyperion Research在國際超級計算大會（ISC）上宣布半年度HPC市場的變化，將其五年行業預測改為2023年達到440億美元（390億歐元） ，高于此前預測的390億美元（350億歐元）。
在其中，工業仿真和人工智能是HPC細分市場中增長速度是最快的，這證明人們在科技發展創新上對HPC的重用。在商業用途中，越來越多的企業使用HPC進行可擴展并行處理、快速數據遷移、超大內存系統和其他HPC功能等，還有高度數據密集的AI / ML / DL工作負載來進行仿真和分析。
工業發展對HPC有大量的需求
最早使用高性能計算機的航天領域，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力學設計和分析、飛行器氣動熱、結構耦合分析、不同載荷條件下推進劑行為模擬、火箭電磁兼容性分析等都需要大規模的計算和仿真。
同時，高性能計算在數值風洞、氣動氣彈、結構強度、載荷疲勞等方面有大量的應用，進行民用飛機、軍用飛機和通用飛機的組件、部件、全機的計算、分析、研究和模擬等。
在核電工程方面，在核反應堆堆芯熱工水力分析，核反應堆保護和控制分析，核反應堆主冷系統流固耦合分析，核級設備應力分析與抗震力學分析等方面需要大規模的計算。
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第四代核電堆型：鈉冷快堆設計的流體仿真技術挑戰與解決方案
CFD可以建立詳細的子通道模型，模擬冷卻劑在堆芯內的流動和傳熱情況，分析繞絲引起的攪渾效應。例如，通過上海積鼎自主研發的通用流體力學分析軟件VirtualFlow建立帶繞絲的燃料棒束模型，計算不同流量工況下的流場特性，獲得繞絲的湍流攪渾系數，并將其用于子通道計算程序中，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對帶繞絲棒束模型進行數值分析</p><p>冷卻劑流動特性：CFD能夠模擬鈉冷快堆中液態鈉的流動特性，包括流速分布、壓力降等。這對于優化堆芯設計、降低流動阻力和提高冷卻效率具有重要意義。例如，在低雷諾數條件下，CFD可以用于研究鈉冷快堆燃料組件棒束的阻力特性，為自然循環冷卻過程中的換熱分析提供支持。</p><p>通風系統分析：CFD能夠模擬鈉冷快堆中屏蔽氣體氬氣及空氣的流動特性，為優化旋塞結構、保護容器設計、屏蔽體通風設計等提供支持。</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，幫助評估反應堆的安全性能。</p><p>反應性反饋計算：CFD與中子動力學模塊耦合，可以實現鈉冷快堆的多維度耦合計算。通過CFD計算得到的熱工水力參數，作為中子動力學模塊的邊界條件，計算反應性引入時堆芯的核物理反應性。這種方法能夠更準確地分析反應堆在不同工況下的反應性變化，提高安全分析的可靠性。
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