核电行业多场耦合解决方案简介.pptx

《核电行业多场耦合解决方案》 核电行业的研究与开发涉及多个复杂的物理现象，如流-固耦合、流-固-热耦合等。在实际的核电相关课题中，如非能动安全壳冷却、IVR（反应堆冷却）等，单一的物理模拟无法全面揭示真实的物理过程。例如，在安全壳冷却系统中，热蒸汽与内壳接触冷凝，传递热量给外壳，随后通过空气对流带走热量。如果仅使用流体或结构软件进行计算，将无法精确计算内壳到外壳的热传递，从而影响冷却效果的预测。 多物理场耦合分析因此变得至关重要。它能综合考虑多种物理效应，提供更精确的边界条件，确保计算结果的准确性。根据耦合程度的不同，可分为强耦合和弱耦合两种方法。强耦合直接在控制方程中构建耦合，但可能需要对问题进行简化，计算精度受限；弱耦合则在每个步骤内分别求解各物理场，虽然计算过程复杂，但能利用现有软件，灵活性更高。 为了解决这些问题，基于Mesh-based parallel Code Coupling Interface（MpCCI）的多场耦合分析方案应运而生。MpCCI是由德国SCAI（隶属于Fraunhofer-Gesellschaft）开发的，已被广泛应用于核电站的地震响应分析、主蒸汽阀热应力分析等领域。该软件支持多种主流的CAE（计算机辅助工程）软件，如Fluent和Abaqus，能在不同网格间进行数据交换，实现不同物理场间的耦合计算。 MpCCI的工作原理是在规定的时间步或迭代步，各个仿真软件独立执行计算任务，并通过数据交换进行耦合。它自动完成节点配对、数据插值和传递，对孤立节点赋予默认值。通过这种方式，可以解决如非能动安全壳冷却系统、堆内构件流致振动、蒸汽发生器疲劳分析等问题。 此外，MpCCI具备显著的特点和优势。它支持多物理环境、多模型、多维度的耦合分析，能够处理复杂的物理现象，如流动、汽化、冷凝等。特有的时间异步多物理场耦合分析技术提高了仿真效率。开放的API接口允许自研代码与商业CAE软件无缝对接，支持多用户并行计算，适应各种计算平台和网络环境。 以非能动安全壳冷却系统为例，结合Fluent、Abaqus等软件，通过MpCCI进行数据交换，可以实现内外流场、结构传热的耦合分析。在冷态和热态工况下，通过对安全壳外表面水流分布的模拟，验证了耦合分析的准确性和可靠性。 多物理场耦合分析是核电行业不可或缺的技术手段，而MpCCI作为一种高效、灵活的耦合工具，为解决复杂问题提供了强有力的支持，对于提高核电系统的安全性和效率具有重大意义。