基于硬件在环的微型反应堆-开式布雷顿耦合分析方法

本发明涉及开式气体布雷顿循环的，尤其是涉及基于硬件在环的微型反应堆-开式布雷顿耦合分析方法。

背景技术：

1、在第四代反应堆的各种新技术路线中，热管冷却反应堆是一种以高温热管代替流动工质进行一次侧冷却的固体堆芯反应堆。得益于热管优异的传热效率与等温性能，该类型反应堆具有一体小型化、结构紧凑简单、传热能力强、非能动安全等突出优势。开式布雷顿循环是一种高效率、技术成熟的动态能量转换模式，常被应用于高温气冷堆的能量输出，可以采用以空气为工质(易得、缺水地区可部署)的开式布雷顿循环作为热电转换循环。在一个完整的反应堆循环建模中，基于堆功率与汽机功率匹配的原则，当汽机转速发生变化致使功率失配时，布雷顿循环计算得到的堆入口处气体的流量、温度均会改变，而入口参数的改变会显著影响堆内热管的传热性能并带来堆内温度和反应性的变化，这一过程在负反馈效应的作用下最终使得堆功率与汽机功率再次匹配。如果采取纯模拟的方法，即耦合中子物理模型(软件)、布雷顿循环模型(软件)与瞬态热工模型(软件)，由于瞬态热工模型中对堆芯热管的导热机理与模型构建存在较大局限性，因此纯粹模拟的结果并不可靠。

技术实现思路

1、本发明的目的是为提高hpr-obc仿真的结果的可靠性而提供的一种基于硬件在环的微型反应堆-开式布雷顿耦合分析方法，为研究热管传热响应提供空气冷却的冷端边界条件。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种基于硬件在环的微型反应堆-开式布雷顿耦合分析方法，方法包括：

4、s1、建立中子动力学模型、开式布雷顿循环模型和固体热管堆模块与参数控制气路实验装置，并初始化稳态参数和实验装置测量数据，所述实验装置测量数据包括基体与热管的温度分布数据，以及实验装置中预热器进出口与实验装置中热管换热器进出口的空气温度及质量流量，所述实验装置为硬件设备；

5、s2、根据工况设计调整开式布雷顿循环模型的透平的转速，得到新的透平转速；

6、s3、根据各参数与新的透平转速进行点堆-布雷顿循环求解，计算初始点堆-布雷顿循环参数，将初始点堆-布雷顿循环参数作为当前点堆-布雷顿循环参数，所述点堆-布雷顿循环参数包括加热棒所需输出功率、实验装置中热管换热器进口的所需空气质量流量和预热器所需输出功率；

7、s4、判断当前点堆-布雷顿循环参数与上一次迭代的点堆-布雷顿循环参数是否相等，若相等则结束迭代，获取此时的实验装置测量数据进行实验装置的性能分析，否则执行s5；

8、s5、基于当前点堆-布雷顿循环参数控制所述固体热管堆模块与参数控制气路实验装置的气路的设置值以及加热棒输出功率，获取新的实验装置测量数据，根据新的实验装置测量数据计算新的点堆-布雷顿循环参数，将当前点堆-布雷顿循环参数作为上一次迭代的点堆-布雷顿循环参数，新的点堆-布雷顿循环参数作为当前点堆-布雷顿循环参数，返回s4；

9、其中，所述固体热管堆模块与参数控制气路实验装置包括：

10、热管、基体、加热棒、换热器和控制器，其中，换热器连接热管，所述基体为六边形基体，所述六边形基体中心设有热管，所述六边形基体内设有安装加热棒的通道，加热棒均匀布置在热管周围，加热棒设于安装加热棒的通道内；

11、所述固体热管堆模块与参数控制气路实验装置还包括热管换热器、预热器、质量流量控制器和气泵；

12、所述控制器连接加热棒、预热器、质量流量控制器和气泵。

13、进一步地，基于当前点堆-布雷顿循环参数控制所述固体热管堆模块与参数控制气路实验装置的气路的设置值以及加热棒输出功率的具体步骤为：

14、基于加热棒所需输出功率控制实验装置的气路的设置值中的加热棒功率，基于实验装置中热管换热器进口的所需空气质量流量控制质量流量控制器的开度，基于所述预热器所需输出功率控制预热器功率。

15、进一步地，所述获取新的实验装置测量数据，根据新的实验装置测量数据计算新的点堆-布雷顿循环参数具体为：

16、获取新的基体的温度分布数据和换热器出口的空气温度，将新的基体的温度分布数据和换热器出口的空气温度输入点堆-布雷顿循环模型，点堆-布雷顿循环模型输出新的点堆-布雷顿循环参数。

17、进一步地，所述点堆-布雷顿循环模型由中子动力学模型和开式布雷顿循环模型组成。

18、进一步地，所述中子动力学模型输出加热棒所需输出功率，所述开式布雷顿循环模型输出热管换热器进口的所需空气质量流量和预热器所需输出功率。

19、进一步地，气泵的输入端连接外部环境空气，气泵的输出端连接质量流量控制器的输入端，质量流量控制器的输出端连接预热器的输入端，预热器的输出端连接换热器的输入端。

20、进一步地，所述中子动力学模型为：

21、

22、

23、式中下标i表示6组缓发中子的编号，βi、ci、λi分别为每一组的缓发中子份额、缓发中子先驱核浓度以及衰变常数，λ为瞬发中子代寿命；β为6组βi之和；qc,s表示反应堆功率；ρ为反应堆反应性。

24、进一步地，反应堆反应性为：

25、ρ＝ρe+ρf

26、式中ρe为剩余反应性，ρf为反馈反应性。

27、进一步地，开式布雷顿循环模型为：

28、

29、

30、

31、式中π为压比，n为转速，ηis为透平或压缩机绝热效率，与分别为空气质量流量和修正空气质量流量，tin与pin分别为进口温度和进口压力，tref与pref为温度和压力的参考值。

32、进一步地，s1的各参数包括初始化的稳态参数和实验装置测量数据。

33、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

34、本发明将模拟性能差的瞬态热工模型采用实际的加热棒、基体、热管与换热器实物的温度数据测量装置进行代替，从而对该hpr-obc系统进行实时仿真和数据测量，同时通过对热管温度分布变化的测量研究热管在复杂边界条件变化下的响应情况。本发明提出的方法不仅可以应用于完整hpr-obc系统特性的研究，也可支持形式更为简单、更为机理性的对热管在变热端与冷端边界条件下的响应特性研究，对验证循环设计的可行性、深入理解热管机理以及完善热管导热模型有重要价值，亦可对模拟程序中构建的热管传热模型进行实验验证。

技术特征：

1.一种基于硬件在环的微型反应堆-开式布雷顿耦合分析方法，其特征在于，方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于硬件在环的微型反应堆-开式布雷顿耦合分析方法，其特征在于，基于当前点堆-布雷顿循环参数控制所述固体热管堆模块与参数控制气路实验装置的气路的设置值以及加热棒输出功率的具体步骤为：

3.根据权利要求2所述的一种基于硬件在环的微型反应堆-开式布雷顿耦合分析方法，其特征在于，所述获取新的实验装置测量数据，根据新的实验装置测量数据计算新的点堆-布雷顿循环参数具体为：

4.根据权利要求3所述的一种基于硬件在环的微型反应堆-开式布雷顿耦合分析方法，其特征在于，所述点堆-布雷顿循环模型由中子动力学模型和开式布雷顿循环模型组成。

5.根据权利要求4所述的一种基于硬件在环的微型反应堆-开式布雷顿耦合分析方法，其特征在于，所述中子动力学模型输出加热棒所需输出功率，所述开式布雷顿循环模型输出热管换热器进口的所需空气质量流量和预热器所需输出功率。

6.根据权利要求1所述的一种基于硬件在环的微型反应堆-开式布雷顿耦合分析方法，其特征在于，气泵的输入端连接外部环境空气，气泵的输出端连接质量流量控制器的输入端，质量流量控制器的输出端连接预热器的输入端，预热器的输出端连接换热器的输入端。

7.根据权利要求1所述的一种基于硬件在环的微型反应堆-开式布雷顿耦合分析方法，其特征在于，所述中子动力学模型为：

8.根据权利要求7所述的一种基于硬件在环的微型反应堆-开式布雷顿耦合分析方法，其特征在于，反应堆反应性为：

9.根据权利要求1所述的一种基于硬件在环的微型反应堆-开式布雷顿耦合分析方法，其特征在于，开式布雷顿循环模型为：

10.根据权利要求1所述的一种基于硬件在环的微型反应堆-开式布雷顿耦合分析方法，其特征在于，s1的各参数包括初始化的稳态参数和实验装置测量数据。

技术总结本发明涉及一种基于硬件在环的微型反应堆‑开式布雷顿耦合分析方法，包括：S1、建立中子动力学模型、开式布雷顿循环模型和固体热管堆模块与参数控制气路实验装置，并初始化；S2、计算新的透平转速；S3、获取将初始点堆‑布雷顿循环参数作为当前点堆‑布雷顿循环参数；S4、判断当前点堆‑布雷顿循环参数与上一次迭代的点堆‑布雷顿循环参数是否相等，若相等则结束迭代，否则执行S5；S5、基于当前点堆‑布雷顿循环参数控制所述固体热管堆模块与参数控制气路实验装置的气路的设置值以及加热棒输出功率，并新的点堆‑布雷顿循环参数作为当前点堆‑布雷顿循环参数，返回S4。与现有技术相比，本发明具有提高HPR‑OBC仿真结果可靠性等优点。技术研发人员：柴翔,夏星,邓蛟龙,刘晓晶,熊进标,张滕飞,何辉受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4