(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111622894.4 (22)申请日 2021.12.28 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114386255 A (43)申请公布日 2022.04.22 (73)专利权人 中国核动力研究设计院 地址 610213 四川省成 都市双流区协和街 道办事处长顺大道1段328号 (72)发明人 蒲曾坪　陈平　焦拥军　郑美银　 茹俊　张林　陈杰　张坤　吕亮亮　 雷涛　肖忠　黄春兰　任全耀　 (74)专利代理 机构 核工业专利中心 1 1007 专利代理师 陈晓菲 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G21C 3/07(2006.01) G21C 3/08(2006.01) G21C 3/34(2006.01) G21C 3/352(2006.01)G06F 111/04(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 109063235 A,2018.12.21 CN 102930389 A,2013.02.13 US 2021073 349 A1,2021.0 3.11 CN 110402467 A,2019.1 1.01 CN 103761383 A,2014.04.3 0 CN 106548279 A,2017.0 3.29 F.T. YUANG.The optimizaito n design of sound ar rester for the dry type ari core smoothing reactor based o n the multi- physical field coupl ing method. 《IE EJ Transacti ons on Electrical and Electro nic Engineering》 .2021,第704-714页. 余红星 等.数字反应堆发展与挑战. 《核动 力工程》 .2020,第1-7页. 审查员 谢珊珊 (54)发明名称 基于物理场解耦的产品设计法、 系统、 燃料 组件和反应堆 (57)摘要 本发明属于核燃料 组件技术领域， 具体涉及 基于物理场解耦的产品设计法、 系统、 燃料组件 和反应堆。 产品设计法包括获取设计要求； 设计 要求解耦； 步物理驱动设计； 系统集成设计。 本发 明通过设计要求解耦、 物理驱动设计和系统集成 设计， 将复杂的工程产品设计问题 转化为最基本 的物理问题， 然后从物理规律上获得基本物理问 题的解决方案， 再进行系统集 成获得产品设计方 案， 避免了直接针对复杂工程产品设计无从入手 的问题， 显著降低了设计人员的知识储备和经验 要求； 且本发明从物理底层进行原始创新， 系统 考了各种可能的解决方案， 从根本上响应设计要求， 系统集成后获得额产品设计方案包络范围 广， 满足产品创新 程度和市场前瞻性的要求。 权利要求书3页 说明书19页 附图8页 CN 114386255 B 2022.10.21 CN 114386255 B 1.基于物理场解耦的产品设计法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤1， 获取设计要求： 根据市场需求和产品全生命周期的系统要求， 获取产品全生命 周期的设计要求； 步骤2， 设计要求解耦： 针对产品全生命周期的设计要求中的每一项要求从物理场的层 面进行分解， 直到通过一个物理场就能够表征并且直接获得解决方案的要求为止， 否则应 继续分解； 分解完成后获得一系列仅涉及一个物理场的单一要求； 步骤3， 物理驱动设计： 依次通过物理场驱动方式针对仅涉及一个物 理场的单一要求从 物理现象的角度去寻 求解决方案， 获得 所有仅涉及一个物理场的单一要求的解决方案； 步骤4， 系统集成设计： 将 获得的针对单一要求的解决方案按照设计要求解耦的逆序求 交集实现分系统/系统的集 成设计； 在集成设计过程中发现两个 分系统不存在交集时， 则返 回步骤3寻找新的解决方案或返回步骤2重新进行设计要求解耦， 然后重新进行集成设计； 最后的系统 交集即为满足要求的产品； 步骤5， 产品仿真测试： 针对完成了系统集成设计的产品进行多尺度多物理场耦合分 析， 获得产品的各项性能指标； 步骤6， 产品验证优化： 将产品仿真测试获得的性能指标与对应设计要求进行对比， 针 对深度耦合现象， 进行样机试验和 性能测试验证， 针对性能不达标的要求按照趋势最优性 能参数族的方向进行优化， 直到所有指标均满足要求 为止； 步骤7， 产品设计输出： 将完成产品验证优化后的设计方案进行固化， 输出产品设计。 2.根据权利要求1所述的基于物理场解耦的产品设计法， 其特征在于： 所述步骤4中在 集成设计过程中发现两个分系统不存在交集时， 则 返回步骤3寻找新的解决方案或返回步 骤2重新进行设计要求 解耦具体为： 在步骤4系统集成设计过程中发现两个分系统不存在交集时， 则返回步骤3寻找新的解 决方案： 按照设计要求解剖层级数量由少 到多排序， 每次针对一个分系统扩充解决方案直 至获得交集， 当所有分系统都扩充完毕后仍然不存在交集时则 返回步骤2按照不同的思路 重新进行设计要求解耦， 然后再在步骤3物理驱动设计的基础上重新进 行步骤4系统集 成设 计。 3.根据权利要求2所述的基于物理场解耦的产品设计法， 其特征在于： 所述步骤3获得 针对该单一要求的解决方案具体包括： 产品最低设计要求的参数族、 最佳性能的参数族以 及性能随参数族变化的趋势； 在步骤4系统集成设计过程中采用最佳性能的参数族进行求交集， 当不存在交集时再 用产品最低设计要求的参数族求交集， 依然不存在交集时则依据性能随参数族变化的趋势 返回步骤2重新进行设计要求 解耦。 4.根据权利要求3所述的基于物理场解耦的产品设计法， 其特征在于： 所述步骤6还包 括： 在所有指标满足要求后， 根据需要 进一步针对裕量偏低的指标开展 多目标优化。 5.根据权利要求4所述的基于物理场解耦的产品设计法， 其特征在于： 所述步骤7还包 括： 输出产品设计的同时建立针对单一要求的解决方案 设计库以及针对已有功能单元的系 统/分系统设计库， 后续产品设计过程中当 设计要求 解耦出相同要求时直接调用。 6.一种基于物理场 解耦的产品设计系统， 其特征在于： 包括设计要求获取模块、 解耦模 块、 物理驱动模块、 系统集成模块、 仿真测试模块、 验证优化模块和输出模块；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114386255 B 2所述设计要求获取模块用于根据市场需求和产品全生命周期相关的系统要求， 获取产 品全生命周期的设计要求； 所述解耦模块针对产品全生命周期的设计要求中的每一项要求从物理场的层面进行 分解， 直到通过一个物理场就能够表征并且直接获得解决方案的要求为止， 否则应继续分 解， 分解完成后获得一系列仅涉及一个物理场的单一要求； 所述物理驱动模块通过物理场驱动方式针对仅涉及一个物理场的单一要求从物理现 象的角度去寻 求解决方案， 获得 所有仅涉及一个物理场的单一要求的解决方案； 所述系统集成模块将获得的针对单一要求的解决方案按照设计要求解耦的逆序求交 集实现分系统/系统的集成设计； 所述仿真测试模块对完成了系统集成设计的产品进行多尺度多物理场耦合分析， 获得 产品的各项性能指标； 所述验证优化模块将产品仿真测试获得的性 能指标与对应设计要求进行对比， 针对深 度耦合现象， 进行必要的样机试验和性能测试验证， 针对性能不达标 的要求按照趋势最优 性能参数族的方向进行优化； 所述输出模块将完成产品验证优化后的社交方案进行固化并输出。 7.采用如权利要求1 ‑5任一项所述基于物理场解耦的产品设计法得到的燃料组件， 其 特征在于： 所述燃料组件为直径9.5mm的UO2‑Zr光滑燃料棒通过定位格架按12.6mm栅距17 ×17方形排列构成的束棒型燃料组件。 8.根据权利要求7所述的燃料组件， 其特征在于： 燃料棒采用大晶粒掺Cr芯块、 带涂层 锆合金或F eCrAl包壳、 带 下气腔的燃料棒； 且所述燃料组件 采用变刚度低松弛压紧系统。 9.根据权利要求8所述的燃料组件， 其特征在于： 定位格架采用增设搅混翼、 增加搅混 翼面积或增 加搅混翼在高流速区的投影面积的定位格架。 10.根据权利要求9所述的燃料组件， 其特征在于： 所述燃料组件采用加厚导向管、 加厚 条带定位格架、 变刚度压紧系统、 减少跨距、 增 加定位格架数量。 11.根据权利要求10所述的燃料组件， 其特征在于： 所述燃料组件采用空间曲面平行排 列形成的窄缝流水孔的过 滤结构。 12.根据权利要求11所述的燃料组件， 其特征在于： 所述燃料组件采用流量分配均匀、 带过滤功能的下管座结构， 低应力、 大夹持力的燃料棒夹持结构， 长端塞燃料棒座底横向限 位约束。 13.根据权利要求12所述的燃料组件， 其特征在于： 该定位格架的外条带在相邻 燃料组 件接触极限位置下导向翼结构不 发生相互侵入， 所述燃料组件采用厚壁导向管和变刚度低 松弛压紧系统。 14.根据权利要求13所述的燃料组件， 其特征在于： 燃料棒采用带中心孔燃料芯块、 金 属包壳接触传热的燃料棒。 15.根据权利要求14所述的燃料组件， 其特