MPS方法在快堆堆芯熔化FCI中的研究應(yīng)用.pdf

1、移動(dòng)粒子半隱式法（MovingParticle Semi-implicit method，MPS）作為一種完全的拉格朗日法，因其對(duì)不可壓縮流體界面流動(dòng)、流固耦合、多相流等復(fù)雜流體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象模擬的優(yōu)勢(shì)，目前廣泛應(yīng)用于反應(yīng)堆安全、船舶與海洋工程和理論研究中。本文以反應(yīng)堆嚴(yán)重事故為背景，采用MPS方法進(jìn)行建模，利用Fortran語言編程進(jìn)行模擬分析，嘗試用MPS方法對(duì)反應(yīng)堆嚴(yán)重事故中的熔融物和冷卻劑作用（Fuel-Coolant Intera

2、ction，F(xiàn)CI）過程進(jìn)行模擬研究。
　　本文首先研究了MPS方法中涉及到的關(guān)鍵模型及各種邊界條件，如微分算子模型、不可壓縮條件、自由表面條件、固體邊界條件等；給出了計(jì)算過程中關(guān)鍵參數(shù)的選取思路，如粒子的初始間距及影響半徑、時(shí)間步長等。使用“位置移動(dòng)-壓力求解-速度修正”的三步法，簡(jiǎn)化了整個(gè)算法的流程，使計(jì)算思路更加簡(jiǎn)明清晰。
　　其次，對(duì)二維潰壩和平板導(dǎo)熱兩個(gè)模型進(jìn)行了模擬計(jì)算，通過與潰壩的實(shí)驗(yàn)值及平板導(dǎo)熱的解析解對(duì)比，

3、驗(yàn)證了 MPS方法在流動(dòng)和傳熱兩方面計(jì)算的有效性。同時(shí)，以潰壩模型為基礎(chǔ)，對(duì)不同密度下的單相流動(dòng)進(jìn)行模擬，計(jì)算結(jié)果表明密度值對(duì)單相流動(dòng)的流動(dòng)狀態(tài)無影響；并通過比較加入緩解壓力振蕩前后液體撞擊右側(cè)壁面過程中壁面的壓力變化，驗(yàn)證了緩解壓力振蕩模型的有效性，提高了計(jì)算的穩(wěn)定性。
　　最后，對(duì)FCI界面溫度進(jìn)行了計(jì)算分析，并與顯式焓方法和解析法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明：MPS方法計(jì)算得到的界面溫度溫升較顯式焓方法慢，但達(dá)到穩(wěn)定后，界

4、面溫度值比顯式焓方法更接近解析解。對(duì)密度比為0.5、1.0和2.0初始速度為1m/s條件下的射流入射式FCI進(jìn)行了模擬，在不需要特別處理的情況下就可以清楚的觀察到小密度流體的上浮和分層現(xiàn)象，以及大密度流體在運(yùn)動(dòng)過程中界面處的Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定性現(xiàn)象，充分證明了其在復(fù)雜表面流動(dòng)現(xiàn)象模擬的顯著優(yōu)勢(shì)。在密度比為2.0時(shí)模擬的熔融物入射中，還觀察到射流后空腔兩側(cè)融合過程中形成的微射流對(duì)空腔底部和熔融物流動(dòng)的影響，其結(jié)果與前人在