基于拉格朗日方法的熔化行为数值模拟研究

《基于拉格朗日方法的熔化行为数值模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、上海交通大学学位论文基于拉格朗日方法的熔化行为数值模拟研究作者：王红燕学号：1120209278导师：程旭上海交通大学硕士学位论文基于拉格朗日方法的熔化行为数值模拟研究摘要核反应堆严重事故进程中，核燃料元件会发生熔化，甚至落入下封头。熔融物的迁移及再定位等现象关系到严重事故的发展与缓解。为了给燃料棒熔化的局部现象研究提供模拟分析工具，本文基于原始的MPS（MovingParticleSemi-implicit）方法进行了二次开发，以使其具备模拟熔化现象的功能。本文对原始MPS方法的改进包括：1）增加了能量方程求解模块，使其具备了传热

2、计算功能；2）增加了表面张力计算模型，并评价了不同表面张力模型之间差异；3）引入了基于焓值变化的粘性模型，使得固体与流体之间的粘性能平滑过渡；4）改进了粘性项的时间差分格式，将原MPS法的显式差分格式改为隐式，这样增大了计算时间步长，能够节省计算资源；5）引入了PMS（PassiveMovingSolid）的刚体计算模型，使得流固耦合计算成为可能。为考验修改后的程序，本文通过一维非稳态导热和方形液滴振荡分别验证了传热模型和表面张力模型。为了验证程序的综合性能，本文采用改进后三维MPS程序模拟了伍德合金的熔化过程，并与实验进行了对比验

3、证，结果表明改进后的MPS程序能够正确预测熔化行为。基于压水堆燃料元件的物性的调研结果，本文利用改进后的MPS方法对四棒束燃料棒的熔化进程进行了初步模拟。关键词：严重事故、熔化现象、MPS方法、燃料元件ImprovementandApplicationoftheMPSMethodtoSimulationofMeltingBehaviorABSTRACTIncaseofasevereaccidentinthenuclearreactor,thefuelelementmaymeltanddropintothelowerheadofrea

4、ctorpressurevessel.Themigrationandrelocationofcoriumhavegreatimpactontheprogressandmitigationofsevereaccident.Inthisdissertation,theoriginalMPS(MovingParticleSemi-implicit)methodisfurtherdevelopedtoenablethedetailedsimulationofthemeltingprocessoffuelrods.Theimprovement

5、sfortheoriginalMPSinclude:1)Theadditionalenergyequationissolvedtosimulatetheheattransferprocess;2)Severalsurfacetensionmodelsarecomparedtodeterminethemostappropriateoneformeltingsimulation;3)Theenthalpy-basedtransitionprofileofviscositynearthemeltingtemperatureisimplem

6、entedinordertoreproducemorerealisticmeltingbehavior.4)Theimplicitcalculationschemeisutilizedfortheviscosityterminplaceoftheoriginalexplicitone,whichaugmentsthetimestepsizeandhenceimprovesthecomputingefficiency;5)ThePassivelyMovingSolid(PMS)modelisadoptedforthecouplingc

7、alculationofthemotionoffluidandsolid.Theone-dimensionalunsteadyheattransferandsquaredropletoscillationarerespectivelyusedtoverifytheimplementationoftheheattransfermodelandsurfacetensionmodel.Furthermore,themodified3DMPSmethodisvalidatedbycomparingtheexperimentresultsof

8、Wood’smetalmeltingwiththenumericalresult.InordertodemonstratethecapabilityoftheimprovedMPSalgorithmandcode,aprelimina