圆柱容器内生成单粒径颗粒堆积的两阶段重力落球算法

刘峰瑞 黄建平 黎忠 王纳秀



圆柱容器内生成单粒径颗粒堆积的两阶段重力落球算法

刘峰瑞1,2黄建平1黎忠1王纳秀1

1（中国科学院上海应用物理研究所嘉定园区 上海 201800） 2（中国科学院大学 北京 100049）

球床型氟盐冷却高温堆(Pebble-bed Fluoride-salt-cooled High-temperature Reactor, PB-FHR)是下一代核反应堆堆型之一，它融合了高温气冷堆的石墨基质包覆颗粒燃料球技术和熔盐堆的高温熔盐冷却剂技术。堆芯热工水力模拟计算（如在线换料模拟）常需要首先得到不同孔隙率的随机燃料球堆积。为此提出了一种可以高效地在圆柱形容器内部随机生成单一粒径且不同密实度的颗粒堆积的算法。算法分为两个阶段：首先类似传统颗粒自由下落方法来生成柔性颗粒的初始堆积（取颗粒杨氏模量远小于实际值）；其次令初始堆积恢复刚性，通过限定时间步的大小和引入能量耗散机制使得堆积缓慢而自由地膨胀，从而逐渐消除初始堆积中的颗粒间重合。模拟结果表明，膨胀算法在计算效率上有较大优势，并且可以覆盖从松散到密实的堆积范围。通过控制自由下落阶段的杨氏模量、摩擦系数、缓慢膨胀阶段的摩擦系数这三个变量来控制堆积的孔隙率和计算效率。

球床型氟盐冷却高温堆，燃料球，堆积算法，离散元法

圆柱形容器内单一粒径颗粒堆积的问题在工业中应用广泛，熔盐冷却球床堆[1]燃料球的装料问题就是代表性的应用之一。颗粒的堆积形态直接决定着燃料‒冷却剂的反应特性及传热效率。……