本发明属于流体模化，具体涉及一种铅铋堆燃料破损泄漏气泡运动可视化的模化方法。
背景技术：
1、铅铋反应堆燃料包壳发生破损后，包壳内部的裂变产物会通过燃料棒包壳破口释放至铅铋冷却剂中并在其中迁移，为明确裂变产物的释放机理，需要通过实验对其进行研究。但由于液态铅铋具有不可视、温度高、危险性大、实验成本高等特点，给铅铋堆裂变气体释放实验带来了极大的不便，同时裂变气体氪和氙气体的放射性使其在实验时具有一定的安全隐患。因此亟需一种实验模化方法，采用可视的液体代替液态铅铋进行裂变气体释放实验，可以简化实验并降低安全隐患，同时找到模型流体的参数与原型流体参数之间的对应比例关系，实现低参数不同流体间气体释放实验数据的转化。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种铅铋堆燃料破损泄漏气泡运动可视化的模化方法，以解决液态铅铋温度高、不可视的问题。
2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、一种铅铋堆燃料破损泄漏气泡运动可视化的模化方法，包括如下步骤：
4、(1)对液态铅铋和气体的质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程无量纲化处理获得三大守恒方程中的无量纲参数；
5、(2)对气体在高温液态铅铋中的鼓泡和射流运动方程无量纲化处理获得其中的无量纲参数；
6、(3)根据实验条件和无量纲参数物理意义选取能表征原型和模型实验相似的无量纲参数，并求解相应的比例系数作为模型和原型数据转化的关联；
7、(4)基于原型流体和替代流体物性，筛选适配的替代气体和流体保证选取的无量纲参数在原型和模型实验中相等或误差值在预设范围内。
8、优选的，基于所述液态铅铋的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程，将方程中的参数无量纲化带入原方程获得其无量纲形式，液态铅铋的无量纲方程的形式分别如下：
9、液态铅铋的无量纲质量守恒方程形式：
10、
11、液态铅铋的无量纲动量守恒方程形式：
12、
13、液态铅铋的无量纲能量守恒方程形式：
14、
15、其中：ρ表示液态铅铋密度/kgm-3，x、y、z分别表示三个方向的长度/m，ux、uy、uz分别表示三个方向的速度/ms-1，l表示长度/m，t表示时间/s，t0表示特征时间/s，u0表示特征速度/m s-1，g表示重力加速度/m s-2，p表示液态铅铋压力/pa，μ表示液态铅铋粘度/pas-1，t表示液态铅铋温度/k，cp表示液态铅铋定压比热容/j kg-1k-1；在字母右上方加“'”，表示该字母为无量纲形式；
16、方程中包含的无量纲参数为：fr表示弗劳德数，eu表示欧拉数，eu＝δp/ρ0u02，re表示雷诺数，re＝ρ0u0l0/μ0，pr表示普朗特数，pr＝cp,0μ0/λ0，并定义其中，δp表示压差/pa，λ表示热导率，字母右下角加“0”表示该字母的特征量，cp,o表示特征定压比热容。
17、优选的，所述气体的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程的无量纲处理如下：
18、气体的无量纲质量守恒方程形式：
19、
20、气体的无量纲动量守恒方程形式：
21、
22、气体的无量纲能量守恒方程形式：
23、
24、其中，下标“g”表示气体，其中
25、优选的，基于所述气体在高温液态铅铋中的射流运动方程中的动量方程和能量方程，将方程中的参数无量纲化带入原方程获得其无量纲形式，无量纲方程的形式分别如下：
26、气体在高温液态铅铋中的射流运动方程中的无量纲动量守恒方程形式：
27、
28、气体在高温液态铅铋中的射流运动方程中的无量纲能量守恒方程形式：
29、
30、其中，α为热膨胀系数，为流体热扩散系数；在字母右上方加“'”，表示该字母为无量纲形式；方程中包含的无量纲参数有：ri为理查森数，ug,0为特征气体流速，pe为皮克勒特数，pe＝l0ug,0/dt，0，dt,0为特征热扩散系数。
31、优选的，基于所述气体在高温液态铅铋中的鼓泡运动方程，方程中的参数无量纲化带入原方程获得其无量纲方程形式，无量纲方程的形式分别如下：
32、
33、其中，po为平衡压力/pa，r为气泡瞬时半径/m，ro为气泡平衡半径/m，k为多变指数，μl为液体动力粘度/pa s-1，ρl为液体密度/kg m-3，σ为表面张力系数/n m；在字母右上方加“'”，表示该字母为无量纲形式；
34、所述无量纲方程所包含的无量纲参数为：
35、优选的，在筛选适配替代流体时，需要使用液态铅铋的物性，计算如下：
36、液态铅铋密度：ρ＝11065-1.293t
37、液态铅铋粘度：
38、液态铅铋表面张力：σ＝0.4485-7.99×10-5t
39、优选的，在筛选适配替代气体时，需要使用裂变气体的物性，计算如下：
40、铅铋堆燃料包壳内的裂变气体为氦气、氙气、氪气，份额分别为85％、10％、5％，氦气、氙气、氪气的物性计算采用物质物性计算查询平台ap1700计算，裂变气体温度取800k，根据燃料棒不同内压，计算出不同压力下的纯气体物性，混合气物性采用加权计算。
41、优选的，选取的能表征原型和模型实验相似的无量纲参数如下：
42、基于无量纲化方程，得到了一系列的无量纲数，fr,eu,re,pr,l1,ri,r1,r2,r3，根据模化原则并综合考虑裂变气体的释放过程，选取上述无量纲数中的雷诺数re、弗劳德数fr、理查孙数ri及表征气泡运动的r1、r2、r3作为表征原型流动和模型实验是否相似的无量纲准则参数。
43、优选的，定义模型实验与原型中流体流动的特征长度、流速和时间比为比例系数，保持原型中流体流动和模型实验中的雷诺数和弗劳德数保持相等求得比例系数的计算式，如下所示：
44、
45、其中，fu代表速度比例系数，fl代表尺度比例系数，ft代表时间比例系数，m代表模型试验，p代表原型流动；上述比例系数用于表示模化后模型和原型实验中的数据的转化比例关系。
46、优选的，根据液态铅铋物性和初筛的替代流体物性及流速和尺度比例系数计算式，再假设原型中流体流动的流速和尺度均为单位“1”，则计算得到流速和尺度比例系数的具体数值，该数值用作后续无量纲数计算重要参数；通过上述过程，保证了模型和原型的雷诺数和弗劳德数相等，为了保证裂变气体的释放过程包括鼓泡和射流，则需在上述过程基础上，分别计算模型和原型的ri,r1,r2,r3无量纲数，若模型和原型的上述无量纲数相等或偏差在预设范围内则视为它们相等，即保证了模型和原型相似，则筛选的该流体则能作为适配的替代流体，完成该过程模化。
47、本发明所解决的技术问题和优点：
48、本发明所解决的技术问题：
49、1)由于本发明方法基于液态铅铋基本方程推导从而筛选出可视化流体，因此，本发明方法解决了铅铋堆燃料破损后裂变产物释放迁移难以可视化测量的问题；
50、2)由于本发明方法基于高温液态铅铋从而筛选出常温流体，因此，本发明方法解决了在真实铅铋流体的高温环境中实验的问题，降低了安全隐患；
51、本发明具有如下的优点和有益效果：
52、1)由于本发明方法基于流体基本控制方程和运动方程推导，因此，本发明所提供的模化方法适用范围广，气体与不可视流体的相互作用场景下适用性强。
53、2)由于本发明方法能基于实际高温高压流体筛选出常温常压流体开展研究，因此，本发明所提供的模化方法能将实验参数降低，同时能将实验可视化，能极大程度上简化实验。
54、3)本发明所提供的模化方法基于基本控制方程推导，简单易懂。
1.一种铅铋堆燃料破损泄漏气泡运动可视化的模化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的铅铋堆燃料破损泄漏气泡运动可视化的模化方法，其特征在于，基于所述液态铅铋的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程，将方程中的参数无量纲化带入原方程获得其无量纲形式，液态铅铋的无量纲方程的形式分别如下：
3.根据权利要求1所述的铅铋堆燃料破损泄漏气泡运动可视化的模化方法，其特征在于，所述气体的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程的无量纲处理如下：
4.根据权利要求1所述的铅铋堆燃料破损泄漏气泡运动可视化的模化方法，其特征在于，基于所述气体在高温液态铅铋中的射流运动方程中的动量方程和能量方程，将方程中的参数无量纲化带入原方程获得其无量纲形式，无量纲方程的形式分别如下：
5.根据权利要求1所述的铅铋堆燃料破损泄漏气泡运动可视化的模化方法，其特征在于，基于所述气体在高温液态铅铋中的鼓泡运动方程，方程中的参数无量纲化带入原方程获得其无量纲方程形式，无量纲方程的形式分别如下：
6.根据权利要求1所述的铅铋堆燃料破损泄漏气泡运动可视化的模化方法，其特征在于，在筛选适配替代流体时，需要使用液态铅铋的物性，计算如下：
7.根据权利要求1所述的铅铋堆燃料破损泄漏气泡运动可视化的模化方法，其特征在于，在筛选适配替代气体时，需要使用裂变气体的物性，计算如下：
8.根据权利要求1所述的铅铋堆燃料破损泄漏气泡运动可视化的模化方法，其特征在于，选取的能表征原型和模型实验相似的无量纲参数如下：
9.根据权利要求8所述的铅铋堆燃料破损泄漏气泡运动可视化的模化方法，其特征在于，定义模型实验与原型中流体流动的特征长度、流速和时间比为比例系数，保持原型中流体流动和模型实验中的雷诺数和弗劳德数保持相等求得比例系数的计算式，如下所示：
10.根据权利要求9所述的铅铋堆燃料破损泄漏气泡运动可视化的模化方法，其特征在于，根据液态铅铋物性和初筛的替代流体物性及流速和尺度比例系数计算式，再假设原型中流体流动的流速和尺度均为单位“1”，则计算得到流速和尺度比例系数的具体数值，该数值用作后续无量纲数计算重要参数；通过上述过程，保证了模型和原型的雷诺数和弗劳德数相等，为了保证裂变气体的释放过程包括鼓泡和射流，则需在上述过程基础上，分别计算模型和原型的ri,r1,r2,r3无量纲数，若模型和原型的上述无量纲数相等或偏差在预设范围内则视为它们相等，即保证了模型和原型相似，则筛选的该流体则能作为适配的替代流体，完成该过程模化。
