CFD方法在压水堆安全分析中的应用现状和发展趋势

摘要：

为更好地利用CFD方法解决压水堆安全分析问题，简要介绍CFD方法，着重阐述其在硼稀释、混合和热分层以及受压热冲击等压水堆安全分析问题的应用现状，并提出CFD与系统程序的耦合计算、流固耦合计算和CFD与中子动力学程序的耦合计算将是CFD方法在该领域的发展重点.

关键词：

CFD方法； 压水堆； 安全分析； 硼稀释； 混合和热分层； 受压热冲击

中图分类号： TL364.1

文献标志码： A

0引言

CFD用数值计算方法求解流体运动、传热和传质的偏微分方程组，目的是更好地定量分析流体流动和传热的物理现象.从20世纪六七十年代开始，CFD作为一种工程研究和设计手段进行应用.近年来，随着计算机硬件资源的飞速发展、物理模型的丰富和数值计算技术的不断进步，CFD在核反应堆安全分析中得到广泛应用.

传统的热工水力系统程序大多基于零维或一维网络，计算结果保守、安全裕度大，无法描述反应堆内部件的流动（如压力容器内的上、下腔室和下降段等）、压力容器内的自然循环、混合和分层等三维特征，有一定的局限性.CFD方法可以给出流体流动和温度场的细节，如全场速度、压力、温度和蒸汽湿度等分布，有利于对核电系统的热工水力、物理和机械特征等进行深入分析.在全球能源危机日益突出的情况下，扩展核能源的应用范围、降低能源成本日益迫切，而确保核反应堆的安全性是发展核能的关键，因此必须采取CFD等必要的分析方法和设计手段进行精细化仿真，为工程安全措施的实施奠定基础.

本文简要论述CFD方法及其在核反应堆安全分析中的应用现状，探讨CFD在该领域面临的主要问题，提出其应用前景，以期更好地利用CFD方法解决该方面的相关问题.

1CFD方法简介

CFD方法与理论分析和试验分析是研究流体流动问题的三大体系.理论分析是指导试验研究和验证新数值计算方法的理论基础，要求对计算对象进行抽象和简化，才有可能得出理论解；对于非线性情况，只有少数流动才能给出解析结果.试验分析是验证理论分析和数值仿真的有效手段，但试验经费投入大、周期长，且受到模型尺寸、流场扰动和人身安全等限制.CFD方法可应用于线性和非线性等多种工况，不受场地限制，可方便地实现特定的计算.

CFD方法主要将求解域内所建立的连续方程、动量方程、能量方程等（若有化学反应，还包含组分方程和反应方程等）偏微分方程组，利用数值方法（包括有限差分法、有限体积法和有限元法等）离散成一系列的网格单元，从而建立一组代数方程组并进行求解.描述物理过程的偏微分方程组可写为