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龙图腾网获悉西安交通大学;国家电投集团科学技术研究院有限公司申请的专利一种包覆颗粒弥散燃料芯块的热-力-裂变产物扩散耦合方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN117037963B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-06发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310985361.5，技术领域涉及：G16C60/00；该发明授权一种包覆颗粒弥散燃料芯块的热-力-裂变产物扩散耦合方法是由巫英伟;郑军强;贺亚男;郑罡;张华锋;涂睿;苏光辉;陈冉设计研发完成，并于2023-08-07向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种包覆颗粒弥散燃料芯块的热-力-裂变产物扩散耦合方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种包覆颗粒弥散燃料芯块的热‑力‑裂变产物扩散耦合方法，步骤如下：1、设置并建立随机分布的包覆颗粒弥散燃料三维模型；2、确定并设置分别适用于完整包覆颗粒和失效包覆颗粒的传热模块、力学模块、扩散模块及辅助模型；3、进行燃料芯块的多物理场耦合性能分析计算；4、提取并存储燃料芯块内所有包覆颗粒的应力并判定包覆颗粒失效状态；5、统计失效包覆颗粒数量并改变失效包覆颗粒计算模块；6、重复步骤3‑5进行燃料性能分析计算直至燃耗末。本发明能够准确地获取弥散燃料芯块的温度场、应力应变场、裂变产物浓度分布、裂变产物释放量及失效颗粒数量。

本发明授权一种包覆颗粒弥散燃料芯块的热-力-裂变产物扩散耦合方法在权利要求书中公布了：1.一种包覆颗粒弥散燃料芯块的热-力-裂变产物扩散耦合方法，其特征在于：针对核反应堆包覆颗粒弥散燃料芯块复杂几何和燃耗、传热、力学、裂变产物扩散与释放及燃料失效的堆内服役行为，在不同尺度对燃料芯块和燃料颗粒分别进行建模，识别并区分完整包覆燃料颗粒和失效包覆燃料颗粒，确定包覆颗粒的适用模型，实现芯块尺度上完整包覆燃料颗粒和失效包覆燃料颗粒的耦合，进而准确地评估包覆颗粒弥散燃料芯块的服役状况； 步骤如下： 步骤1：确定燃料元件形式、几何参数，确定包覆颗粒的排布方式、几何参数，建立随机分布的包覆颗粒弥散燃料三维模型； 步骤2：确定反应堆类型、燃料类型、燃料密度和功率密度、U-235富集度、快中子注量率及燃料结构材料物性，推导燃料体积裂变率及燃耗； 步骤3：设置适用于完整包覆燃料颗粒的传热模块、力学模块、裂变产物扩散模块：适用于完整包覆燃料颗粒的传热模块设置包括含内热源的热传导模型、包覆颗粒内间隙传热模型；适用于完整包覆颗粒的力学模块设置包括热膨胀模型、燃料核芯的辐照肿胀模型和密实化模型、包覆层的辐照变形模型以及所有材料的热蠕变和辐照蠕变模型；适用于完整包覆颗粒的裂变产物扩散模块包括不同裂变核素的裂变产额模型、扩散系数模型、材料层内菲克扩散和热扩散模型、材料层间间隙输运模型和浓度分配模型； 步骤4：在步骤3的基础上设置适用于失效包覆燃料颗粒的传热模块、力学模块、裂变产物扩散模块：适用于失效包覆燃料颗粒的传热模块设置包括修改失效包覆层导热系数，使用裂变气体换热系数hg与固体导热系数ks一同构建失效包覆层等效传热系数keff： keff＝εhg+1-εks1 ε＝VporeVlayer2 式中， ε——失效包覆层中孔隙率； pore——失效包覆层中裂纹孔隙体积m layer——包覆层总体积m 适用于失效包覆颗粒的力学模块设置包括修改失效包覆层杨氏模量、修改包覆颗粒内气体压力及作用边界；适用于失效包覆燃料颗粒的裂变产物扩散模块设置包括根据复合气相扩散系数与固体扩散系数一同构建失效包覆层等效扩散系数，复合气相扩散系数根据包覆颗粒内气体组分获得： eff＝εDk,g+1-εDsolid3 式中： eff——失效包覆层等效扩散系数cm·s-1 solid——包覆层固体材料内扩散系数cm·s-1 k,g——核素k蒸气在混合气体中的扩散系数cm·s-1 ——核素k蒸气在混合气体中的摩尔份额； ——第n种气体在混合气体中的摩尔份额； k,n——核素k蒸气在第n种气体中的二元扩散系数cm·s-1DA,B——核素A蒸气在气体B中的二元扩散系数cm2·s-1； MA,MB——核素A，B的摩尔质量kg·mole-1； P——混合气体总压力atm； σAB——核素A和B原子间的碰撞距离 ΩD,AB——核素A和B原子间的碰撞积分； 步骤5：设置中子燃耗计算模型、裂变气体释放模型、内压模型、内聚力模型作为辅助模型； 步骤6：初始化所有包覆颗粒的完整性状态参数，设定为所有包覆颗粒均完整，开始计算； 步骤7：在每个时间步进行燃料芯块尺度的多物理场耦合计算，其中依据辅助模型计算燃耗、中子注量、颗粒内压、包覆颗粒与基体界面位移突变和界面压力参数初始值提供给完整包覆燃料颗粒及失效包覆燃料颗粒的传热模块、力学模块和裂变产物扩散模块；在完整包覆燃料颗粒及失效包覆燃料颗粒的传热模块计算温度场初始值；在完整包覆燃料颗粒及失效包覆燃料颗粒的力学模块计算应力应变场及位移场初始值；在完整包覆燃料颗粒及失效包覆燃料颗粒的裂变产物扩散模块计算裂变核素浓度场初始值；温度场、应力应变场、位移场、浓度场初始值作为燃料芯块几何模型控制方程组的初始值，通过求解统一形式的控制方程组实现计算的全耦合，迭代计算至收敛； 步骤8：提取某一包覆燃料颗粒的主要承压包覆层内表面的最大环向应力； 步骤9：将该包覆燃料颗粒的主要承压包覆层内表面的最大环向应力与该承压包覆层断裂强度进行比较，若最大环向应力大于断裂强度，则该包覆燃料颗粒失效，进入步骤10，否则未失效，进入步骤12； 步骤10：修改包覆燃料颗粒完整性状态参数，设定为失效并锁定，后续计算中不再改变； 步骤11：为该包覆燃料颗粒启用失效包覆燃料颗粒的传热模块、力学模块、裂变产物扩散模块； 步骤12：判定该包覆燃料颗粒是否为燃料芯块最后一个包覆燃料颗粒，若是，进入下一步骤，否则返回步骤8； 步骤13：判定是否燃料达到最终燃耗，若未达到最终燃耗，返回步骤7进行下一时间步计算，若已达到最终燃耗，则输出结果，计算结束。

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