核电行业多场耦合解决方案简介.pdf

【核电行业多场耦合解决方案】是指在核电领域中，为了解决涉及多个物理场相互作用的问题，如流-固耦合、流-固-热耦合等，采用的一种综合分析方法。这种方法能够更准确地模拟和预测核电设施在运行过程中可能出现的各种复杂物理现象，从而提高设计的安全性和效率。 【多物理场耦合分析的必要性】在于，核电相关课题往往涉及到多种物理效应的交织，例如非能动安全壳冷却系统中的流体动力学、结构力学和热传递。如果分别使用流体、结构或系统的独立软件进行仿真，可能无法捕捉到这些效应间的精确相互作用，导致计算结果的不准确。例如，安全壳内热蒸汽的冷凝和冷却水的汽化过程，仅依赖单一物理场的软件无法精确计算热量传递，进而影响对安全壳冷却效果的评估。 【基于MpCCI的多场耦合分析方案】是由德国SCAI（Mesh-based parallel Code Coupling Interface）开发的，它是一种用于耦合不同计算代码的接口，支持多种商业CAE软件，如Fluent和Abaqus。MpCCI的核心是代码适配器，它负责控制不同软件间的数据交换。软件的工作流程是在各仿真软件独立执行计算任务的同时，在规定的时间步或迭代步进行数据交互，通过节点联合和数据插值传递信息，实现不同物理场间的耦合计算。 【软件架构与工作原理】中，MpCCI具有一个图形界面，允许无需修改源代码即可读取和控制商业仿真工具。在流固耦合计算中，软件独立执行各自任务，通过数据交换在特定时间步进行耦合。对于不同网格的节点，MpCCI会进行配对和插值处理，处理孤立节点，并自动赋值。 【软件用途】广泛，包括非能动安全壳冷却系统分析、堆内构件的流致振动、蒸汽发生器和管道的振动与疲劳分析，以及IVR问题等。通过支持时间异步和并行计算，能显著缩短仿真时间，提供快速的设计评估。 【特点与优势】包括支持多种物理环境的耦合分析，如流体、固体、热、电磁等；灵活选择求解器处理复杂物理现象；支持多学科、多模型、多维度的耦合仿真；实现时间异步耦合分析的专利技术；开放API便于自研代码与商用软件集成；并可在各种计算平台和网络环境下高效运行，支持多用户和多CPU并行计算。 【应用案例】中，非能动安全壳冷却系统分析结合了外部水膜冷却、内部自然循环、安全壳传热，通过MpCCI实现内外流场、结构传热的耦合分析。例如，安全壳外表面水流分布和安全壳内部热流场可通过Fluent模拟，安全壳传热则用Abaqus进行，所有数据通过MpCCI进行交互和耦合。 总结来说，核电行业多场耦合解决方案是通过MpCCI这样的工具，整合多种物理场的仿真软件，实现对核电设施中复杂多物理现象的精确建模和分析，确保设计的准确性和安全性，同时也提高了分析效率。