一种压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法及系统

1.本发明属于压水堆严重事故分析技术领域，具体涉及一种压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法及系统。


背景技术：

2.核安全是核能发展和应用的生命线。防止放射性源项的泄漏一直是反应堆安全和后果分析的主要关注点。在压水堆严重事故过程中，反应堆堆芯降级导致裂变产物释放到压力容器中，可能通过主回路破口排放到安全壳。如果安全壳因超压而失效，裂变产物将被释放到环境中，导致放射性污染。气溶胶是假定事故期间安全壳中释放的裂变产物的重要形式之一。先进压水堆为应对全场断电事故导致能动安全壳喷淋系统失效，采用了非能动安全壳热量导出系统对安全壳冷却。安全壳气相悬浮的气溶胶会通过自然沉积机理沉降到壁面或地坑水，降低大气放射性。因此，气溶胶自然沉积成为严重事故安全壳气溶胶分析的重要现象，研究严重事故中气溶胶自然沉积机理对安全壳气相放射性气溶胶颗粒的去除具有重要意义。
3.国内外已经开展了许多与核电厂安全壳气溶胶沉积和去除行为相关的实验研究和计算分析。在计算分析方面，国际上广泛使用的一体化严重事故分析程序，例如maap(modular accident analysis program)、melcor(methods for estimation of leakages and consequences of release)和astec(accident source term evaluation code)，包含了自然沉积模型。这些模型存在不同程度的缺陷，例如在melcor、astec实现的气溶胶自然沉积模型[4]假定气溶胶为致密球形颗粒，将气体平均自由程、扩散边界层厚度等参数设置为用户定义的经验值，采用的自然沉积模型对温度和压力响应较差。这些缺陷使得模拟精度较差，可信度较低。


技术实现要素：

[0004]
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法及系统，用于解决现有模型模拟精度较差，考虑因素较少，可信度较低的技术问题，为评估压水堆严重事故悬浮气溶胶自然沉积去除以及事故源项分析提供参考。
[0005]
本发明采用以下技术方案：
[0006]
一种压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法，包括以下步骤：
[0007]
将气溶胶在安全壳控制体节点中的浓度按颗粒直径的大小分为若干个区段，然后求解气溶胶动态形状因子；基于自然沉积理论依次求解各区段气溶胶的重力沉积速率、布朗扩散沉积速率、热泳沉积速率和扩散泳自然沉积速率，通过整合重力、布朗扩散、热泳和扩散泳自然沉积过程得到对应区段气溶胶向热构件壁面、水池壁面和低于当前控制体水平高度的控制体的自然沉积分量得到总沉积量；利用自然沉积去除量确定各区段气溶胶的剩余悬浮质量。
[0008]
具体的，气溶胶动态形状因子χ计算如下：
[0009]
χ＝1/α
1/3
[0010]
其中，α是球体的有效密度除以构成气溶胶的材料的密度。
[0011]
具体的，气溶胶的重力沉积速率v
grav
为：
[0012][0013]
其中，d
p
为颗粒直径，ρ
p
为颗粒密度，g为重力加速度，μ为动力粘度，cn为坎宁安滑移校正因子。
[0014]
进一步的，坎宁安滑移校正因子cn为：
[0015][0016]
其中，c1＝(2-αm)/αm，c2＝1/(2-αm)，am为动量调节系数，kn为克努森数，α
t
为能量调节系数。
[0017]
具体的，气溶胶的布朗扩散沉积速率v
diff
为：
[0018][0019]
其中，κ为玻尔兹曼常数，δ为扩散边界层厚度，t为气体温度，cn为坎宁安滑移校正因，μ为气体粘度，d
p
为颗粒直径。
[0020]
具体的，气溶胶的热泳沉积速率v
therm
为：
[0021][0022]
其中，k
gas
/k
p
为气体导热系数与气溶胶颗粒导热系数之比；为结构表面温度梯度；ρ
gas
为气体密度；tw为壁温，am为动量调节系数，α
t
为能量调节系数，χ为气溶胶动态形状因子，μ为气体粘度，cn为坎宁安滑移校正因子。
[0023]
具体的，气溶胶的扩散泳自然沉积速率v
diff
为：
[0024][0025]
其中，σ
12
为散射核；pw为水蒸气分压；p
t
为总压力；为水蒸气在大气中的扩散系数；为水蒸汽分压梯度，cn为坎宁安滑移校正因子，χ为气溶胶动态形状因子。
[0026]
具体的，自然沉积的总沉积量为：
[0027][0028]
其中，n
hs
为用于控制体中气溶胶沉积的热构件表面总数；为区段的质量浓度，为区段的气溶胶向水池表面沉积速率，为区段的气溶胶向水池表面沉积速率，为区段的气溶胶向热构件j的沉积速率。
[0029]
具体的，控制体中悬浮气溶胶通过自然沉积去除后的浓度：
[0030][0031]
其中，为自然沉积的总沉积量，v为控制体体积，为气溶胶源项速率。
[0032]
第二方面，本发明实施例提供了一种压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算系统，包括：
[0033]
划分模块，将气溶胶在安全壳控制体节点中的浓度按颗粒直径的大小分为若干个区段，然后求解气溶胶动态形状因子；
[0034]
计算模块，基于自然沉积理论依次求解各区段气溶胶的重力沉积速率、布朗扩散沉积速率、热泳沉积速率和扩散泳自然沉积速率，通过整合重力、布朗扩散、热泳和扩散泳自然沉积过程得到对应区段气溶胶向热构件壁面、水池壁面和低于当前控制体水平高度的控制体的自然沉积分量得到总沉积量；
[0035]
估算模块，利用自然沉积去除量确定各区段气溶胶的剩余悬浮质量。
[0036]
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0037]
一种压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法，通过自然沉积去除的机理模型求解气溶胶动态形状因子以修正非球形气溶胶自然沉积速率，基于自然沉积理论依次求解各区段气溶胶的重力、布朗扩散、热泳和扩散泳自然沉积速率，通过整合四种自然沉积过程得到该区段气溶胶向热构件壁面、水池壁面和较低控制体的自然沉积分量；通过上述计算结合自然沉积去除量确定安全壳气溶胶的剩余悬浮质量。
[0038]
进一步的，引入气溶胶动态形状因子对气溶胶方程进行修正，能够正确预测安全壳潮湿环境中形成的非球形气溶胶多孔凝聚体的自然沉积速率。
[0039]
进一步的，基于滑移因子问题的理论研究采用坎宁安滑移校正因子对气溶胶滑移运动进行修正，使处于过度态的微小气溶胶颗粒重力沉积的计算更加精确。
[0040]
进一步的，采用包含流动条件和气溶胶粒径有关的扩散边界层厚度模型，能够准确计算气溶胶颗粒布朗扩散沉积速率。
[0041]
进一步的，采用由蒙特卡洛型数值模型创建的热泳沉积模型，以扩展热泳沉积模型在高电导率和高克努森数时的适用范围。
[0042]
进一步的，采用了一个包含压力梯度、水蒸气分压、散射核的扩散泳沉积模型，能够准确响应安全壳大气压力和温度变化带来的影。
[0043]
进一步的，在自然沉积模型中引入动量和能量调节系数，使自然沉积模型能够准确响应温度变化带来的影响。
[0044]
进一步的，综合重力、布朗扩散、热泳和扩散泳沉积机理，估算控制体中悬浮气溶胶由于自然沉积导致的浓度变化。
[0045]
可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
[0046]
综上所述，本发明采用基于自然沉积理论的气溶胶自然沉积去除机理模型，能够精确分析压水堆严重事故气溶胶在安全壳自然沉积去除过程，解决了现有模型模拟精度较差，可信度较低等问题。
[0047]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0048]
图1为本发明流程图；
[0049]
图2为气溶胶自然沉积过程示意图；
[0050]
图3为ahmed实验模拟结果，其中，(a)湿度为22％时气溶胶自然沉积质量变化曲线，(b)湿度为82％时气溶胶自然沉积质量变化曲线，(c)湿度为96％时气溶胶自然沉积质量变化曲线。
具体实施方式
[0051]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0053]
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0054]
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0055]
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。
[0056]
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
[0057]
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0058]
本发明提供了一种压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法，将气溶胶在安全壳控制体节点中的浓度按颗粒直径的大小分为若干个区段，然后求解气溶胶动态形状因子以修正非球形气溶胶自然沉积速率，基于自然沉积理论依次求解各区段气溶胶的重力、布朗扩散、热泳和扩散泳自然沉积速率，通过整合四种自然沉积过程得到该区段气溶胶向热
构件壁面、水池壁面和较低控制体的自然沉积分量和总沉积量；最后结合自然沉积去除量确定各区段气溶胶的剩余悬浮质量。
[0059]
请参阅图1，本发明一种压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法，包括以下步骤：
[0060]
s1、计算气溶胶动态形状因子；
[0061]
在干燥的环境中，随着气溶胶凝聚，球形气溶胶颗粒会产生变形。在压水堆严重事故期间安全壳潮湿环境中，预计不会出现如此大的颗粒变形。通常，在潮湿环境中形成的气溶胶凝聚体是多孔的并且接近球形。由于粒子不是完全致密的，因此需要引入气溶胶动态形状因子对气溶胶方程进行一些修正。
[0062]
水在颗粒凝聚的凹孔中凝结产生的表面张力效应会导致颗粒收缩成多孔球形结构。形状因子仅取决于气溶胶材料的堆积密度：
[0063]
χ＝1/α
1/3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0064]
其中，α是球体的有效密度除以构成气溶胶的材料的密度。
[0065]
气溶胶颗粒内的空隙将充满水，那么α由如下关系式求解：
[0066]
α＝[ερ
p
+(1-ε)ρw]/ρ
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0067]
其中，ε为填充分数；ρw为水的密度。
[0068]
填充分数由如下关系式求解：
[0069]
ε＝min[1,(d
pr
/d
p
)
1.214
]
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0070]
其中，d
pr
是构成凝聚的初级粒子的直径。
[0071]
s2、计算气溶胶重力沉积速率；
[0072]
请参阅图2，气溶胶颗粒通过自身重力下落至热构件表面，考虑动态形状因子的气溶胶重力沉积速率由以下公式给出：
[0073][0074]
其中，v
grav
为重力沉积向下终端速度；d
p
为颗粒直径；ρ
p
为颗粒密度；g为重力加速度；μ为动力粘度；cn为坎宁安滑移校正因子，它减少斯托克斯阻力，以解决非连续性效应。
[0075]
基于滑移因子问题的理论研究得出的表达式：
[0076][0077]
其中，α
t
为能量调节系数；c1＝(2-αm)/αm；c2＝1/(2-αm)；αm为动量调节系数；kn为克努森数。
[0078]
克努森数由以下表达式计算：
[0079][0080]
其中，λ为平均自由程。
[0081]
对于气体混合物的平均自由程为：
[0082][0083]
其中，mw是气体的平均分子量；r是气体常数。
[0084]
能量调节系数由以下表达式计算：
[0085]
α
t
＝2η/(1+η)2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0086]
其中，η是气体和表面材料的分子量之比。
[0087]
动量调节系数是从用于研究滑移修正因子的数据中得出的，动量调节系数为只是气体成分的函数，并给出表1中各种气体的动量调节系数。
[0088]
表1不同气体的动量调节系数
[0089][0090]
s3、计算气溶胶布朗扩散沉积速率；
[0091]
请参阅图2，气溶胶受到气体分子无规则布朗运动轰击向热构件壁面沉积。布朗扩散沉积速率由以下公式给出：
[0092][0093]
其中，v
diff
为扩散沉积速度；κ为玻尔兹曼常数＝1.38
×
10-23
；δ为扩散边界层厚度。
[0094]
扩散边界层厚度与流动条件和气溶胶粒径有关，扩散运动导致颗粒沉积之前，较大的颗粒将被输送到更靠近表面的位置。布朗扩散边界层厚度由以下公式计算：
[0095]
。
[0096]
s4、计算气溶胶热泳沉积速率；
[0097]
请参阅图2，热泳沉积由气体中的温度梯度施加在气溶胶颗粒上的力产生。热泳沉积速率由以下公式给出：
[0098][0099]
其中，k
gap
/k
p
为气体导热系数与气溶胶颗粒导热系数之比；为结构表面温度梯度；ρ
gas
为气体密度；tw为壁温。
[0100]
s5、计算气溶胶扩散泳沉积速率；
[0101]
请参阅图2，扩散泳沉积由水冷凝或蒸发时，相邻气体中存在的组分梯度产生；两个相关的机制将产生这些梯度。
[0102]
首先，存在一个朝向表面的气体净摩尔通量，并且该净通量将倾向于随着斯蒂芬流移动气溶胶颗粒。
[0103]
第二，分子影响转移到颗粒相对侧的动量差将倾向于使颗粒沿着浓度降低的方向
移动。
[0104]
扩散泳动沉积速率由下式给出：
[0105][0106]
其中，σ
12
为散射核；pw为水蒸气分压；p
t
为总压力；为水蒸气在大气中的扩散系数；为水蒸汽分压梯度。
[0107]
考虑动量和能量调节推导出散射核：
[0108][0109]
其中，ms为水的分子量；mg为气体质量；xs为水的摩尔分数；xg为气体摩尔分数。
[0110]
与动量和能量调节相关的系数由下式求解：
[0111]
q(i)＝1+π/8-0.5(1-αm(i))+π(1-α
t
(i))/16
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)。
[0112][0113]
s6、计算自然沉积去除量；
[0114]
根据步骤s2、步骤s3、步骤s4和步骤s5计算的四种自然沉积速率，考虑了在控制体中的气溶胶向三种表面沉积，包括不同方向的热构件表面、控制体中的水池表面、与较低控制体的流通面积。
[0115]
三种表面的沉积速率由以下给出：
[0116][0117][0118][0119]
其中，δ为重力沉积方向，当气溶胶向水平朝上的热构件表面沉积时δ＝1，当气溶胶向垂直的热构件表面沉积时δ＝0，当气溶胶向水平朝下的热构件表面沉积时δ＝-1，；为区段的气溶胶向热构件表面j的沉积速率；为区段l的气溶胶向控制体水池表面的沉积速率；为区段的气溶胶向较低控制体流通的沉积速率；aj为热构件j的面积；a
pool
为控制体中水池表面积；a
flow
为流通面积；v为控制体中大气体积。
[0120]
自然沉积模型通过计算三种表面的自然沉积分量，以如下形式给出区段的气溶胶自然沉积去除总量
[0121][0122]
其中，n
hs
为用于控制体中气溶胶沉积的热构件表面总数；为区段的质量浓度。
[0123]
s7、计算自然沉积去除后悬浮气溶胶浓度。
[0124]
根据步骤s6计算的自然沉积去除量，计算控制体中悬浮气溶胶通过自然沉积去除后的浓度：
[0125][0126]
其中，为气溶胶注入的质量源项。
[0127]
本发明再一个实施例中，提供一种压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算系统，该系统能够用于实现上述压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法，具体的，该压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算系统包括模块、模块以及模块。
[0128]
其中，划分模块，将气溶胶在安全壳控制体节点中的浓度按颗粒直径的大小分为若干个区段，然后求解气溶胶动态形状因子；
[0129]
计算模块，基于自然沉积理论依次求解各区段气溶胶的重力沉积速率、布朗扩散沉积速率、热泳沉积速率和扩散泳自然沉积速率，通过整合重力、布朗扩散、热泳和扩散泳自然沉积过程得到对应区段气溶胶向热构件壁面、水池壁面和低于当前控制体水平高度的控制体的自然沉积分量得到总沉积量；
[0130]
估算模块，利用自然沉积去除量确定各区段气溶胶的剩余悬浮质量。
[0131]
本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor、dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法的操作，包括：
[0132]
将气溶胶在安全壳控制体节点中的浓度按颗粒直径的大小分为若干个区段，然后求解气溶胶动态形状因子；基于自然沉积理论依次求解各区段气溶胶的重力沉积速率、布朗扩散沉积速率、热泳沉积速率和扩散泳自然沉积速率，通过整合重力、布朗扩散、热泳和扩散泳自然沉积过程得到对应区段气溶胶向热构件壁面、水池壁面和低于当前控制体水平高度的控制体的自然沉积分量得到总沉积量；利用自然沉积去除量确定各区段气溶胶的剩余悬浮质量。
[0133]
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(memory)，所述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0134]
可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法的相应步骤；计算机可读
存储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：
[0135]
将气溶胶在安全壳控制体节点中的浓度按颗粒直径的大小分为若干个区段，然后求解气溶胶动态形状因子；基于自然沉积理论依次求解各区段气溶胶的重力沉积速率、布朗扩散沉积速率、热泳沉积速率和扩散泳自然沉积速率，通过整合重力、布朗扩散、热泳和扩散泳自然沉积过程得到对应区段气溶胶向热构件壁面、水池壁面和低于当前控制体水平高度的控制体的自然沉积分量得到总沉积量；利用自然沉积去除量确定各区段气溶胶的剩余悬浮质量。
[0136]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0137]
为了验证气溶胶自然沉积去除机理模型的正确性和有效性，采用由vtt(technical research centre of finland)气溶胶技术团队进行的气溶胶和传热测量装置(aerosol and heat transfer measurement device,ahmed)实验进行验证。
[0138]
ahmed实验旨在研究受控温度和湿度条件下的吸湿和非吸湿气溶胶行为。由于设施的简单性和相对较低的气溶胶浓度，ahmed提供了丰富的吸湿气溶胶数据，且不受大型整体性实验相关的热工水力耦合现象的影响。
[0139]
ahmed设备由一个1.81m3的圆柱形容器组成，半径为0.635m，沉降面积为1.27m2。该实验使用pt100型温度传感器在13个位置测量壁温，并在14个位置测量内部和外部环境温度。该实验使用加热电缆控制容器壁的温度。所有容器内表面和气体温度大致相等。在整个实验过程中监测容器和输入管线压力以及蒸汽和空气流速。容器内的压力保持在与环境相同的压力(0.1mpa)。使用湿度探测器在三个位置测量相对湿度。ahmed实验的详细条件在表2中提供。
[0140]
表2ahmed设备参数
[0141][0142][0143]
将ahmed实验的大气温度、压力、气溶胶动力学参数作为边界输入到模型中，对计算结果与实验结果进行了对比，相应的模拟结果如图3所示。从模拟和实验的对比结果可以看出，本发明开发的安全壳气溶胶自然沉积机理模型能够有效地计算气溶胶在具有湿度的安全壳环境下的沉积现象。
[0144]
综上所述，本发明一种压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法及系统，通过自然沉积从安全壳气相去除的机理模型。该模型求解非球形气溶胶通过重力、布朗扩散、热泳和扩散泳四种机理发生自然沉积。最后确定安全壳气溶胶的悬浮质量。
[0145]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0146]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0147]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0148]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0149]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0150]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0151]
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(randomaccess memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等，需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
[0152]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0153]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0154]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0155]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

技术特征：
1.一种压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法，其特征在于，将气溶胶在安全壳控制体节点中的浓度按颗粒直径的大小分为若干个区段，然后求解气溶胶动态形状因子；基于自然沉积理论依次求解各区段气溶胶的重力沉积速率、布朗扩散沉积速率、热泳沉积速率和扩散泳自然沉积速率，通过整合重力、布朗扩散、热泳和扩散泳自然沉积过程得到对应区段气溶胶向热构件壁面、水池壁面和低于当前控制体水平高度的控制体的自然沉积分量得到总沉积量；利用自然沉积去除量确定各区段气溶胶的剩余悬浮质量。2.根据权利要求1所述的压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法，其特征在于，气溶胶动态形状因子χ计算如下：χ＝1/α
1/3
其中，α是球体的有效密度除以构成气溶胶的材料的密度。3.根据权利要求1所述的压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法，其特征在于，气溶胶的重力沉积速率v
grav
为：其中，d
p
为颗粒直径，ρ
p
为颗粒密度，g为重力加速度，μ为动力粘度，c
n
为坎宁安滑移校正因子。4.根据权利要求3所述的压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法，其特征在于，坎宁安滑移校正因子c
n
为：其中，c1＝(2-α
m
)/α
m
，c2＝1/(2-α
m
)，a
m
为动量调节系数，kn为克努森数，α
t
为能量调节系数。5.根据权利要求1所述的压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法，其特征在于，气溶胶的布朗扩散沉积速率v
diff
为：其中，κ为玻尔兹曼常数，δ为扩散边界层厚度，t为气体温度，c
n
为坎宁安滑移校正因，μ为气体粘度，d
p
为颗粒直径。6.根据权利要求1所述的压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法，其特征在于，气溶胶的热泳沉积速率v
therm
为：其中，k
gas
/k
p
为气体导热系数与气溶胶颗粒导热系数之比；为结构表面温度梯度；ρ
gas
为气体密度；t
w
为壁温，a
m
为动量调节系数，α
t
为能量调节系数，χ为气溶胶动态形状因子，μ为气体粘度，c
n
为坎宁安滑移校正因子。7.根据权利要求1所述的压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法，其特征在于，气溶胶的扩散泳自然沉积速率v
diff
为：
其中，σ
12
为散射核；p
w
为水蒸气分压；p
t
为总压力；d
w
为水蒸气在大气中的扩散系数；为水蒸汽分压梯度，c
n
为坎宁安滑移校正因子，χ为气溶胶动态形状因子。8.根据权利要求1所述的压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法，其特征在于，自然沉积的总沉积量为：其中，n
hs
为用于控制体中气溶胶沉积的热构件表面总数；c
l
为区段l的质量浓度，k
pool,l
为区段l的气溶胶向水池表面沉积速率，k
flow,l
为区段l的气溶胶向水池表面沉积速率，k
j,l
为区段l的气溶胶向热构件j的沉积速率。9.根据权利要求1所述的压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法，其特征在于，控制体中悬浮气溶胶通过自然沉积去除后的浓度：其中，为自然沉积的总沉积量，v为控制体体积，为气溶胶源项速率。10.一种压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算系统，其特征在于，包括：划分模块，将气溶胶在安全壳控制体节点中的浓度按颗粒直径的大小分为若干个区段，然后求解气溶胶动态形状因子；计算模块，基于自然沉积理论依次求解各区段气溶胶的重力沉积速率、布朗扩散沉积速率、热泳沉积速率和扩散泳自然沉积速率，通过整合重力、布朗扩散、热泳和扩散泳自然沉积过程得到对应区段气溶胶向热构件壁面、水池壁面和低于当前控制体水平高度的控制体的自然沉积分量得到总沉积量；估算模块，利用自然沉积去除量确定各区段气溶胶的剩余悬浮质量。

技术总结
本发明公开了一种压水堆安全壳悬浮气溶胶自然沉积估算方法及系统，首先将气溶胶在安全壳控制体节点中的浓度按颗粒直径的大小分为若干个区段，然后求解气溶胶动态形状因子以修正非球形气溶胶自然沉积速率，基于自然沉积理论依次求解各区段气溶胶的重力、布朗扩散、热泳和扩散泳自然沉积速率，通过整合四种自然沉积过程得到该区段气溶胶向热构件壁面、水池壁面和较低控制体的自然沉积分量和总沉积量；最后结合自然沉积去除量确定各区段气溶胶的剩余悬浮质量。本发明能够精确分析压水堆严重事故安全壳气溶胶自然沉积去除过程，解决了现有模型模拟精度较差，考虑因素较少，可信度较低等问题。低等问题。低等问题。


技术研发人员：张斌 李济深 单建强
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/6