钠冷快堆主冷却系统跨尺度联合仿真研究
摘要
一回路主冷却系统作为钠冷快堆系统的重要组成部分，对其开展建模仿真有利于
快速模拟与预测主冷却系统的流动传热现象。而堆芯作为一回路主冷却系统的核心部
件，对其热工水力特性的研究尤为重要。当前针对快堆热工水力模拟仿真的程序主要
由大尺度系统、子通道程序，以及小尺度CFD程序组成。大尺度程序在系统快速建模
以及计算速度上具有优势，但分辨率低，反馈信息少，小尺度程序在精度上有明显优
势，但计算效率低。因此，为平衡仿真计算效率与精度，根据关键部位仿真计算需
求，开展跨尺度联合仿真是很有必要的。为此，本文以“模块化、参数化”思想对快
堆一回路主冷却系统的主要部件开展适应性建模研究，编写了主冷却系统快速建模仿
真程序，并对堆芯绕丝棒束组件开展精细化CFD计算技术研究，结合系统程序与堆芯
CFD计算程序，开展了快堆主冷却系统跨尺度联合仿真计算与分析。
首先，本文基于模块化建模思想，建立了池式钠冷快堆一回路主冷却系统数学物
理模型，开发了参数化快速建模、控制体适应性划分、堆芯并联通道建模等优化功能
CEFRCFR600
模块，并以池式快堆、为研究对象，完成快速建模仿真，验证了两者在
稳态工况下各部件设计参数、控制体参数化、堆芯并联通道计算的适用性以及瞬态工
况下堆芯模块关键参数模拟的准确性。
其次，本文针对快堆堆芯CFD精细化仿真分析需求，进行了绕丝棒束组件几何模
型的建模、网格划分处理、湍流模型、湍流普朗特数模型适用性、计算调控、后处理
分析等方面的研究。编写了参数化建模工具、自动化调控计算、绕丝棒束子通道流域
后处理等面向快堆组件CFD计算的精细化辅助分析代码，并基于分布并行CFD计算方
案，设计了快堆堆芯分布并行CFD计算支撑平台。
最后，本文基于系统程序与堆芯CFD程序特点，采用区域重叠法，设计了跨尺度
联合仿真方案。利用动态链接库、FLUENT二次开发等技术编写了联合仿真调控程
序，开展两类程序的联合仿真研究。在优化系统程序堆芯并联通道模块计算准确度的
同时，以CFD技术进一步研究堆芯燃料组件棒束流域的精细化流动传热状态与特性。
上述三方面研究分别对钠冷快堆主冷却系统建模仿真、快堆堆芯CFD计算分析、
跨尺度联合仿真提供相关支撑技术方案，可供快堆的工程设计与安全分析以作参考。
关键词：钠冷快堆主冷却系统、模块化建模、绕丝棒束组件、CFD、跨尺度联合仿真
钠冷快堆主冷却系统跨尺度联合仿真研究
ABSTRACT
Asanimportantcomponentofthesodium-cooledfastreactorsystem,modellingand
simulationoftheprimarycoolingsystemisusefulforrapidsimulationandpredictionofthe
flowandheattransferphenomenaintheprimarycoolingsystem.Thecoreisthecore
componentofthemaincoolingsystemandthestudyofitsthermalandhydraulic
characteristicsisparticularlyimportant.Currentprogramsforfastreactorthermaland
hydraulicsimulationconsistoflargescalesystemandsub-channelprograms,andsmallscale
CFDprograms.Large-scaleprogramshaveadvantagesintermsoffastsystemmodellingand
computationalspeed,butlowresolutionandlittlefeedback,whilesmall-scaleprogramshave
significantadvantagesinte