HUAPONE软件研发团队在球床堆芯多尺度耦合热工分析领域取得新进展

2025年11月，HUAPONE软件研究团队在国际核能领域著名学术期刊《Annals of Nuclear Energy》(核能年鉴)发表题为《Research on multi-scale coupling computational methods and code development for pebble bed high-temperature gas-cooled reactors》(球床式高温气冷堆多尺度耦合计算方法与软件开发研究)的最新研究成果。

堆芯-燃料球-包覆颗粒的典型多尺度物理结构

球床式高温气冷堆是第四代核能系统的优选堆型之一，以其固有的安全性、高出口温度等突出优势受到广泛关注。然而，其堆芯由几十万个燃料球随机堆积而成，每个燃料球内又包含上万颗包覆燃料颗粒(TRISO)，形成典型的多尺度物理结构。传统的热工水力分析软件虽能模拟宏观尺度，但难以精确描述介观和微观尺度的真实物理过程，而进行全堆芯至全颗粒的精细计算则需付出极高且难以承受的计算代价，“多尺度鸿沟”长期成为制约球床堆精细化设计和安全分析的关键难题。

HUAPONE软件团队与PRONGHORN软件团队的燃料球-TRISO颗粒温度计算对比

面对这一挑战，HUAPONE软件研究团队独辟蹊径，基于C/C++语言独立设计，创新开发出一套多尺度耦合热工计算框架。在堆芯尺度，采用多孔介质模型实现了堆芯整体温度场、流场等宏观参数的高效求解;在燃料球和TRISO颗粒的计算中，采用“热源分解法”将宏观计算得到的热源分解、传递以进行热工计算，最后通过解叠加获得最终温度分布。此方法极大地简化了计算过程，优化了数据传递效率，显著提升了局部热点温度预测的准确性，为球床式高温气冷堆及先进堆型的设计优化、安全评估提供了有力的计算支持，为第四代核能系统相关研究和计算软件能力建设提供了可参考的技术方案。