(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211163511.6 (22)申请日 2022.09.23 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 张大林　姜殿强　李新宇　周星光　 贺亚男　田文喜　秋穗正　苏光辉　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 何会侠 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数 计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种螺旋十字型燃料组件子 通道热工参数计算方法， 包括七步： 1、 划分螺旋 十字型燃料组件的子通道； 2、 明确基本几何参 数； 3、 拟合相邻螺旋十字 型棒之间无量纲间隙宽 度与扭转角的关系式； 4、 通过计算流体力学方法 计算流动后掠交混参数在不同无量纲间隙宽度 时的值； 5、 拟合流动后掠交混参数与无量纲间隙 宽度的关系式； 6、 将步骤5拟合的关系 式代入改 进子通道守恒方程中离散； 7、 应用子通道 程序计 算螺旋十字型燃料组件子通道热工参数。 应用本 发明的方法能够更精确地计算螺旋十字型燃料 组件的热工水力特性。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115525998 A 2022.12.27 CN 115525998 A 1.一种螺 旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤1： 划分螺 旋十字型燃料组件的冷却剂流动通道为多个子通道； 步骤2： 确定螺旋十字型燃料组件的基本几何参数， 包括参考坐标、 螺旋十字型棒的螺 距、 各种类型子通道即内子通道、 边子通道和角子通道的流通面积、 相 邻螺旋十字型棒间隙 宽度的最大值； 步骤3： 确定螺旋十字型棒扭转角与参考坐标的Z坐标的函数关系， 拟合相邻螺旋十字 型棒之间无量纲间隙宽度与扭转角的关系式； 步骤4： 通过计算 流体力学 方法计算 流动后掠交混参数在不同无量纲间隙宽度时的值； 步骤5： 拟合 流动后掠交混参数与无量纲间隙宽度的关系式； 步骤6： 将步骤5拟合的关系式代入改进子通道守恒方程中进行离 散； 步骤7： 应用子通道程序计算螺 旋十字型燃料组件子通道热工参数。 2.如权利要求1中所述的一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法， 其特征 在于： 所述步骤1中的子通道划分方法如下： 在同一横截面上， 连接相邻螺旋十字型棒中心 点， 以燃料组件边缘的螺旋十字型棒中心点为原点向边缘外壁做垂线， 毗邻燃料组件外壁 角的子通道为角子通道， 毗邻燃料组件外壁边的子通道为边子通道， 其余的子通道为内子 通道。 3.如权利要求1中所述的一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法， 其特征 在于： 所述 步骤2中的基本几何参数为固定常数。 4.如权利要求1中所述的一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法， 其特征 在于： 所述步骤3中扭转角与竖坐标有关， 在螺旋十字型棒每一个螺距下， 扭转角的范围是 0‑360°。 5.如权利要求1中所述的一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法， 其特征 在于： 所述步骤4中分别提取至少一组内子通道、 边子通道和角子通道交界面处的详细数值 计算结果， 包括： 多组数据提取点的X、 Y、 Z坐标值、 多组数据提取点的流体温度、 多组数据提 取点的流体密度、 多组数据提取点的流体合速度大小、 多组数据提取点的流体合速度在 x轴 和y轴的分量； 处 理结果后获得在不同无量纲间隙宽度下的流动 后掠交混参数。 6.如权利要求1中所述的一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法， 其特征 在于： 所述 步骤5中流动 后掠交混参数采用二次多 项式或者 三次多项式拟合。 7.如权利要求1中所述的一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法， 其特征 在于： 所述 步骤6中的改进子通道守恒方程如下： 质量守恒方程： 轴向动量守恒方程： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115525998 A 2横向动量守恒方程： 能量守恒方程： 式中： Ai为子通道i的流体面积， m2； C， Cs， Ct为常数因子； Dh为子通道的水力直径， m； hg,hi,hj分别为间隙g、 子通道i和子通道j的流体流动焓值， J/kg； Hr为传热系数， W/(m2·K)； kf为横向热导 率， W/(m·K)； Kf,Kg,Kl分别为摩擦系数； lij为子通道i和子通道j的中心 距离， m； pi,pj分别为子通道i和子通道j的压力， Pa； Pr为子通道的湿周， m； Tf为子通道流体温度， K； Ti,Tj分别为子通道i和子通道j的流体温度， K； ui,uj分别为子通道i和子通道j的流体轴向速度， m/s； u′k为等效子通道控制体的轴向速度， m/s； v′ij为子通道i内流体进入子通道j的横向流动速度， m/s； v′k为等效子通道控制体的横向速度， m/s； 为子通道i和子通道j之间 界面在扭转角 θ 处的无量纲间隙宽度； Smax为子通道i和子通道j之间 界面间隙宽度的最大值， m； Wθ,ij为在扭转角 θ 处子通道i内流体进入子通道j的单位长度质量 流量， kg/m·s； ρi, ρg分别为子通道i和间隙g处的流体密度， kg/m3； Δz子通道研究区域的长度， m； Δβk为相邻间隙的参 考角之差， 度。 8.如权利要求1中所述的一种螺旋十字型燃料组件子通道热工参数计算方法， 其特征 在于： 所述 步骤7中采用的子通道程序计算 流程如下： 步骤1： 读入流体物性 参数、 流动 后掠交混参数、 守恒方程的常数因子和尺寸 参数； 步骤2： 设置流体 计算域的初始值和边界条件； 步骤3： 求 解轴向动量守恒方程， 得到 子通道的轴向压力梯度； 步骤4： 求 解横向动量守恒方程， 得到 子通道控制体的横向速度； 步骤5： 求 解能量守恒方程， 得到流体焓值和温度；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115525998 A 3