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申请/专利权人：西安交通大学

摘要：用于核反应堆TRISO燃料颗粒的多尺度多物理场耦合模拟方法，步骤如下：1、建立零维中子燃耗模型，建立一维几何模型，建立三维几何模型；2、在不同尺度设置求解域，初始条件和边界条件；3、在每个时间步长完成中子燃耗计算，在燃料芯块一维几何模型中初步计算裂变气体释放量，在燃料颗粒三维几何模型中完成传热和力学的初步计算；4、使用步骤3燃料芯块一维几何模型中计算结果作为下一时间步长的燃料颗粒三维几何模型中的计算输入，使用步骤3燃料颗粒三维几何模型中的计算结果作为下一时间步长的燃料芯块一维几何模型中的计算输入，传热和力学的计算结果相互传递；5、重复步骤4的耦合过程直到计算收敛，否则应返回至步骤3直至计算收敛。

主权项：1.一种用于核反应堆TRISO燃料颗粒的多尺度多物理场耦合模拟方法，其特征在于：针对核反应堆TRISO燃料颗粒中的裂变气体释放行为、传热行为和力学行为，在不同维度对中子燃耗、燃料芯块和燃料颗粒分别进行模拟计算，通过不同物理场之间边界参数的传递实现多尺度、多物理场的燃料性能耦合分析；具体步骤如下：步骤1：1通过体积裂变率、初始燃料密度和时间建立零维中子燃耗计算模型，建立零维计算域，即只有时间项，不建立几何实体；2建立燃料芯块一维几何模型以计算裂变气体释放量，具体方法为：假设燃料芯块为理想球体，设定球对称坐标系，为减少计算消耗，消除球对称坐标系中的仰角及方位角两个空间角度坐标，建立一维计算域，同时划分节点网格；3建立燃料颗粒三维几何模型以计算传热和力学行为，建立三维计算域，同时划分全结构化网格即六面体网格，具体方法为：在球状燃料颗粒中心构建边长为10微米的小正方体，连接小正方体的体心即球心和正方体的八个端点，延伸这八条直线至球面，则小正方体的六个面和延伸线构成的切面将会把球状燃料颗粒分割成6个同样大小的六面体，在此基础上实现对燃料颗粒全结构化网格的建立；步骤2：在不同尺度设置求解域、初始条件和边界条件；1零维中子燃耗计算模型的参数设置包括体积裂变率、初始燃料密度、瞬态运行时间和时间步长；2在燃料芯块一维几何模型中，设置的参数包括气体原子扩散系数、晶粒半径、气泡半径、晶界气泡覆盖率、晶界气泡密度、温度、体积裂变率、每次裂变产生的气体原子数、晶内扩散系数和静水压力；3在燃料颗粒三维几何模型中，设置传热和力学两个物理场求解域，根据实际计算对象设置初始条件和边界条件，其中初始条件包括燃料颗粒的半径和热源功率，边界条件包括边界温度、力学约束的位置和边界压力；步骤3：1在每个时间步长完成中子燃耗计算；2在燃料芯块一维几何模型中，计算初步的裂变气体释放量，采用的裂变气体行为公式计算，在每个节点中计算燃料芯块裂变气体释放量，并积分得到裂变气体释放总量，根据裂变气体释放总量计算出气体换热系数，根据理想气体状态方程公式计算出气体释放量对应的气隙压力；3在燃料颗粒三维几何模型中通过求解统一形式的控制方程实现计算的全耦合，完成传热和力学行为的初步计算，其中传热计算包括三维温度场分布、热通量，力学行为计算包括位移、辐照变形量、三维应力应变分布；步骤4：使用步骤3在燃料芯块一维几何模型中计算裂变气体行为得到的气体换热系数和气隙压力分别作为下一时间步长的燃料颗粒三维几何模型中传热和力学计算输入；使用步骤3燃料颗粒三维几何模型中传热计算得到的芯块平均温度和力学计算得到的辐照变形量作为下一时间步长的在燃料芯块一维几何模型中裂变气体释放量计算输入；传热和力学的结果相互传递，进行下一时间步长的热-力耦合；步骤5：在由步骤2设定的瞬态运行时间内，重复步骤4的耦合过程，由相邻两个时间步结果的相对误差判断计算是否收敛，如不收敛则应返回至步骤3重新计算；如计算收敛，输出结果；最终能够获得稳态和瞬态下燃料芯块的裂变气体释放量，同时能够获得TRISO燃料颗粒全三维的温度及力学参数场。

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