球床模块堆停堆后自然对流传热特性数值研究

对冷却流体在球床模块堆内燃料颗粒填充区域中的流动和传热过程进行了研究.数值模拟突然停堆后燃料颗粒区在温差作用下的自然对流过程,分析了瑞利数Ra对燃料填充区域内流场、温度场和局部努塞尔数Nu以及壁面摩擦阻力系数的影响.计算结果表明:当球床模块堆突然停堆时燃料填充区域可形成加热壁面流体上升流动、冷却壁面下降流动的自然循环流动;随着Ra数增大,回流中心向上移动;沿轴向壁面局部Nusselt数和摩擦阻力系数存在极值,并且极值点随Ra数增大而向上移动;与氮气相比,氦气作为冷却介质停堆后具有更均匀的堆芯轴向温度分布.     

10 MW高温气冷实验堆硼吸收球停堆系统气力输送模拟试验研究

吸收球停堆系统是10MW高温气冷实验堆(HTR-10)的第二停堆系统,于紧急事故停堆之后、重新开堆之前投入运行,利用负压输送过程将在紧急停堆时进入反应堆堆芯落球孔道内的中子吸收球输送到位于堆顶的贮球罐内,实现正常开堆或反应堆再临界。运用气力输送的密相输送理论,对回路各部件和各管段的气固两相流阻力进行计算,并在1：1模拟试验台架上,以空气和氦气为载体,真实硼吸收球为物料,进行了气力输送试验研究。试验数据与理论分析相符合,吸收球第二停堆系统的气力输送功能满足HTR-10工程的技术要求。     

HTR-10第二停堆系统的试验与调试

吸收球停堆装置是10MW高温气冷实验堆的第二停堆系统，控制棒失效时，碳化中子吸收球落入堆芯反层的吸收球孔道内，实现紧急停堆；反应堆再次临界前，利用气体输送装置将吸收球送回位于堆顶的贮球罐内，在实验室和高 温堆上先后进行了7套吸收球装置的热态试验和输送功能试验，试验数据表明，吸收球系统7套装置的落球和回球动作正常，所用的时间在要求的范围内；球位状态指示正常；气体回路流动正常，风机的流量，压升正常，12个阀门的开，闭功能正常。     

吸收球气力输送供料器可视化试验研究

供料器是球床式高温气冷堆吸收球停堆系统中吸收球气力输送的一个重要设备。在以常温常压空气为气源的压送式气力输送试验系统中,使用玻璃球代替吸收球,进行了改进的流化管式可视化供料器的气力输送试验。结果表明：改进的流化管式供料器气力输送过程稳定可靠;随着供料器入口空气流速由8m/s增大到29m/s,颗粒个数流率由约4.7×10⁴min^-1增大到约1.25×10⁵min^-1后保持不变,料气质量混合比则是先增大后减小,供料器压降先增大后减小再增大;空气流速大于19m/s后,气力输送进入到稳定的稀相输送阶段,垂直管段压降缓慢增大。     

10 MW高温气冷实验堆吸收球停堆系统设备热态试验

碳化硼吸收球停堆系统是10 MW高温气冷实验堆的第二停堆系统,其功能是,在控制棒失效时,吸收球落入反射层的吸收球孔道,以达到紧急停堆的目的.介绍了在堆外、空气介质、150 ℃工作温度条件下,对吸收球传动机构设备进行的热态考验、传动试验和落球试验.结果表明,吸收球停堆系统7套设备均达到了传动机构工作正常、落球时间在3 min之内、球位指示正确等设计要求.7套设备安装到10 MW高温气冷实验堆上之后,在堆上进行了氦气介质下的热态落球试验,其结果达到设计规范的要求.     

中国先进研究堆停堆冷却措施及其主要特点

停堆后冷却问题是中国先进研究堆(CARR)重要的安全问题之一.冷却措施的实施对CARR的安全和建设投资有较重要的影响.CARR采用停堆初期的强迫循环及停堆后期全堆芯自然循环相结合的策略实现正常停堆和事故停堆后的堆芯冷却.停堆冷却的过程具体分为主泵大质量惯性飞轮惰转强迫冷却、应急堆芯冷却系统强迫冷却、自然循环功能部件动作实现全堆芯自然循环3个阶段.3个阶段既相互衔接又相互独立,每个阶段各有特点.停堆冷却策略的实施证明,CARR停堆冷却过程是可靠、有效、合理的,符合先进研究堆的发展趋势.     

高温堆停堆落球装置吸收球下落特性分析

对高温气冷堆停堆落球装置中的吸收球下落特性进行研究。采用与实际吸收球等直径(φ6 mm)的玻璃球,以及与实际堆芯吸收球下落孔道等内径(φ60 mm)的有机玻璃管落球装置,进行空气环境中玻璃球的重力下落试验。孔口颗粒重力下落质量流率的经验公式Beverloo公式与本次试验结果符合较好,偏差在4%～12%。实测玻璃球在有机玻璃贮球罐中的安息角约为23。试验结果表明:就目前所设计的带有锥形漏斗的贮球罐,对应于中心孔口垂直上方的玻璃球首先开始流动,然后周围的颗粒不断向孔口中心补充,玻璃球面逐渐下降,玻璃球在贮球罐内下落顺畅。     

空间气冷堆堆芯初步物理特性分析

为满足未来空间探测活动的大功率用电及轻质量载荷需求，以美国、俄罗斯空间气冷反应堆方案为基础，提出一个亚MW级空间气冷堆堆芯初步设计方案，并使用蒙特卡罗程序对该方案进行堆芯物理计算与分析，给出几种典型工况下的堆芯反应性以及中子分布特征。计算结果表明，该设计方案可满足反应堆的安全性要求，能实现紧急停堆，并可保证在堆芯被水淹没等设计基准事故条件下维持反应堆次临界，确保反应堆安全。此外，通过在堆芯局部燃料棒中添加热中子吸收材料，对堆芯径向功率分布进行优化，以展平径向功率分布。     

先进的规则床模块式高温气冷堆概念

规则床模块堆是燃料球呈规则堆积的一种先进的模块式高温气冷堆设计。燃料球在平面上成正方形排列,四个球的中心是次一层球的位置,形成正四棱锥堆积。当燃料球落入被做成一定几何形状的堆芯空腔时,就自动形成规则堆积。燃料球可以从反应堆顶部装入和卸出,能够在较短的停堆时间内完成换料操作。规则床堆芯是一种密实体,具有很强的结构适应性和稳定性。在模块化设计中,保持非能动冷却和限制最高燃料温度的条件下,它能够提高输出功率和降低堆芯压降,同时还兼有球形燃料堆和柱状燃料堆的主要优点。本文介绍规则堆积床特性和预测规则床模块堆的设计性能。     

吸收球停堆系统驱动装置螺栓抗震初步分析

吸收球停堆系统在高温气冷堆中起到相当重要的反应性控制和调节作用。而驱动装置是吸收球停堆系统中控制吸收球下落的关键运动部件。高约5m、呈细长结构的吸收球停堆系统驱动装置通过贮球罐底座与金属堆内构件的上支承板安装面相连。吸收球停堆系统贮球罐和驱动机构均为抗震Ⅰ级设备,故驱动装置连接螺栓的抗震校核计算是非常重要的。在本文中,通过将复杂的驱动装置简化为3段变截面结构,分析结构的超静定问题,对驱动装置内贮球罐底部与顶部的螺栓进行了校核计算。计算结果表明:贮球罐底部与顶部螺栓均在抗拉强度的安全范围内,同时给出了驱动机构薄弱处的支承力。     

Design and verification test of the small absorber ball system of the HTR-10

A small absorber ball system is the second shutdown system of the 10 MW High Temperature Gas-cooled Reactor-Test Module. When the control rod system is out of operation, the small absorber ball system is required to emergently shut down the reactor by means of boron carbide balls totally dropping into channels in the side reflector by gravity. Before the reactor re-operates, these small absorber balls must be conveyed from channels in the side reflector back to the ball storage vessels below the head of reactor pressure vessel by a pneumatic conveying process. Detailed design of the small absorber ball system was carried out, and all the components were manufactured. In order to check the performances of the small absorber ball system, a pneumatic conveying experiment and a hot test were carried out in the laboratory, and also a pre-operation of the small absorber ball system was verified on the reactor site at room temperature. Test data of the small absorber ball system show that all the parameters, including time of ball dropping, time of ball conveying back, indication of ball level in the ball storage vessel, gas flowrate, and valve operation states, are acceptable and reasonable. The small absorber ball system has been shown to be capable of performing satisfactorily at operating temperatures of the reactor.     

气力输送技术发展及其在高温气冷堆上的应用

气力输送是一种较为理想的输送方式.本文介绍近年来国内外气力输送技术的发展状况及趋势,概述了气力输送技术所涉及到的气固两相流、数值模拟和试验测量方法,总结了气力输送技术在现代工程上的实际应用情况,重点探讨了高温气冷堆HTR-10吸收球停堆系统、燃料球装卸系统上所使用的气力输送装置的设计分析方法与运行经验.     

不连续因子计算强吸收体区域的改进

在球床高温气冷堆控制棒计算过程中,采用局部均匀化和不连续因子修正的扩散方法可取得较好的计算效果,但对具有强吸收性的吸收球区域的效果相对较差。经研究发现,在强吸收体模型中,强吸收体对附近石墨区域的中子通量分布仍具有较大影响,体现出扩散方法对强吸收体的不适应。因此,本文提出改进方案,不但计算吸收体区域边界处的不连续因子,且计算临近石墨区域的边界不连续因子。数值计算结果表明,改进方案可改善计算精度,在扩散计算框架下可达到精细结构的输运计算精度。     

高温剪断式触发吸收球非能动停堆装置可行性分析

非能动停堆系统是事故工况下核能系统的重要安全保障。为保证和增强钍基熔盐堆核能系统的安全性,通过对比分析现有的非能动停堆装置,本文提出了钍基熔盐堆高温剪断式触发吸收球非能动停堆装置。利用Inconel 625合金在650-700°C力学特性发生陡降的特点,对高温剪断式触发结构——薄壁挡板进行设计,并通过Abaqus软件对其二维结构在事故工况下不同温度时的响应状态进行稳态、瞬态断裂模拟。模拟结果表明,当设定温度超过650°C且持续升高时,薄壁挡板会在4-10 s内发生断裂;在非事故工况下,若温度异常升高到670°C后随即降低时,薄壁挡板不会发生断裂。因此,在紧急事故工况时,设计的高温剪断式触发结构能够可靠剪断,确保第二停堆系统非能动触发,进一步提高钍基熔盐堆的安全性。     

Study of atomic clusters in neutron irradiated reactor pressure vessel surveillance samples by extended X-ray absorption fine structure spectroscopy

Copper and nickel impurities in nuclear reactor pressure vessel (RPV) steel can form nano-clusters, which have a strong impact on the ductile-brittle transition temperature of the material. Thus, for control purposes and simulation of long irradiation times, surveillance samples are submitted to enhanced neutron irradiation. In this work, surveillance samples from a Swiss nuclear power plant were investigated by extended X-ray absorption fine structure spectroscopy (EXAFS). The density of Cu and Ni atoms determined in the first and second shells around the absorber is affected by the irradiation and temperature. The comparison of the EXAFS data at Cu and Ni K-edges shows that these elements reside in arrangements similar to bcc Fe. However, the EXAFS analysis reveals local irradiation damage in the form of vacancy fractions, which can be determined with a precision of ∼5%. There are indications that the formation of Cu and Ni clusters differs significantly.     

超临界水冷堆主容器出口管的设计

采用计算流体力学软件CFX对超临界水冷堆主容器出口管的温度分布进行数值分析。研究提出在出口管与主容器之间设计一隔热套管，以避免出口管与主容器直接连接，从而降低主容器与出口管相连接处的温度梯度，提高反应堆的安全性。研究结果表明：隔热套管的几何参数，如直径和长度，对隔热套管与出口管相连接处的温度梯度有一定影响。     

熔融物堆内滞留条件下压力容器变形

熔融物堆内滞留(In-Vessel Retention,IVR)已经成为第三代反应堆一项关键的严重事故缓解策略,而压力容器外部冷却(External Reactor Vessel Cooling,ERVC)技术则是保证IVR得以成功实施的关键。当发生堆芯熔化时,高温熔融物对压力容器(Reactor Pressure Vessel,RPV)下封头的热冲击会导致RPV壁面和由其构成的外部冷却通道的形状发生变化,使局部传热恶化,进而造成IVR的失效。因此,有必要对IVR条件下RPV壁面的变形进行研究。本文利用有限元软件ANSYS对RPV进行了几何建模、温度场分析和力学场分析。结果表明,在RPV外部实现冷却、内部实现泄压的前提下,壁面变形为13.85-18.75 mm。在1 MPa内压的作用下,高温蠕变会使壁面变形随时间增大,但其增量有限。热膨胀是造成壁面变形的主要因素。     

反应堆直接安注结构热工影响分析

建立了反应堆压力容器直接安注的实验模型,进行传热和流动实验。实验对比研究了文丘里管和直管两种不同安注管结构下压力容器不同区域的流动混合、传热系数以及相应的温度变化,并通过可视化实验对比验证了不同安注模型的流场,对不同结构下安注管的阻力特性进行了分析。研究结果表明,不同安注管在流动阻力上存在较大差异。研究结果为反应堆压力容器安注管的设计选择提供了重要依据。     

熔融物压力容器内滞留瞬态传热特性分析

基于SCDAP/RELAP5程序建立了用于熔融物压力容器内滞留（IVR）瞬态分析的系统简化模型,通过对模块式小型堆IVR过程的瞬态计算与分析,初步探索了IVR策略实施过程中压力容器下封头的瞬态热负荷特性。SCDAP/RELAP5程序的计算结果表明,利用外部冷却实施IVR策略的瞬态传热特性可分为熔融物注入之初的激烈传热阶段和熔融物硬壳形成之后的准稳态传热阶段。模块式小型堆的IVR瞬态分析表明,瞬态过程中的热流密度峰值不会达到临界热流密度,最终形成的稳定熔融池传热具有很大的安全裕量。研究同时发现SCDAP/RELAP5程序用于IVR分析时在模型上存在一定的不足。