行波堆TP-1堆芯热工水力单通道与子通道分析方法研究

以泰拉能源公司提出的钠冷行波堆TP-1为研究对象,通过钠冷行波堆瞬态安全分析程序TAST得到堆芯各组件内冷却剂、包壳和燃料棒的平均温度分布。用子通道分析程序SACOS-Na对TAST计算得到的最热组件进行详细分析计算,得到该组件内冷却剂的温度、压力和流速分布,并得到燃料棒和包壳的温度场。结果表明：单通道与子通道的结合使用能有效提高计算效率,提高反应堆设计的安全性。     

物理-热工耦合计算方法在熔盐堆稳态分析中的应用

针对美国橡树岭国家实验室（ORNL）熔盐堆（MSR）实验的堆芯设计,采用物理分析程序MCNP进行三维堆芯功率分布计算。针对以石墨作为慢化剂的堆芯结构,开发了并联多通道程序来进行堆芯热工水力分析。在此基础上,把物理和热工分析程序进行耦合,用ORNL技术报告中的相关内容来验证物理 热工耦合分析的可行性和准确性。结果表明,本工作的耦合计算方法可获得熔盐堆堆芯功率分布、温度分布、压降和流量分配。熔盐堆耦合程序的研发对熔盐堆概念设计、运行分析有重要意义。     

液态金属钠在环管中湍流传热特性研究

采用高雷诺数(Re)k-ε模型与壁面函数法对液态金属钠在环管中湍流流动传热特性进行计算,并与实验结果进行比较,结果表明计算值与实验结果符合较好。应用该方法研究湍流程度、加热条件、几何条件等因素对液态金属钠在环管中湍流传热特性的影响。研究表明,湍流程度对传热的影响主要集中在流道前半段,后半段分子扩散对传热的影响逐渐凸现出来,使不同湍流程度下传热特性的区别逐渐缩小;初始温度与加热热流密度对传热特性无明显影响;环管间隙增大,湍流传热效果增强,同等间隙时管径变化对传热特性无明显影响。     

超临界水堆的瞬态分析程序开发

超临界水堆（SCWR）是第4代核反应堆的优先发展对象之一,它在经济性上的明显优势使其受到广泛关注。本文以混合谱超临界水堆（SCWR-M）为研究对象,建立合理的数学模型,开发了针对超临界水堆系统的瞬态分析程序TACOS。运用TACOS程序对SCWR-M进行了稳态计算和部分失流事故的瞬态分析。稳态计算的结果与设计值符合良好。部分失流事故的分析结果表明,事故中包壳表面最高温度为702.6 ℃,与安全限值相比有很大裕度。部分失流事故过程中不需采取特殊的安全措施,堆芯可自行回到安全状态。     

AP1000自动降压系统误开启事故仿真分析

针对AP1000的具体结构和运行特点,采用FORTRAN程序设计语言,开发了AP1000瞬态热工水力计算程序RETAC。利用RETAC对AP1000自动降压系统(ADS)误开启事故进行仿真分析,得到稳压器压力、堆芯归一化热功率、堆芯归一化流量、堆芯平均温度、燃料中心最高温度和最小偏离核态沸腾比（MDNBR）等主要系统参数的响应特性。分析结果表明,在稳压器低压停堆保护的作用下,燃料中心最高温度和MDNBR未超出规定限值,满足安全准则要求。并将计算结果与美国西屋公司AP1000分析软件LOFTRAN的计算结果进行对比,对比趋势符合良好,证明了RETAC建模和自动降压系统临界流模型计算的合理性。     

CPR1000二次侧非能动应急热阱设计与事故缓解能力分析

在主给水管道破裂事故下,利用RELAP5/MOD34程序对CPR1000压水堆一回路热工水力参数瞬态特性进行分析计算,验证采用空冷换热器的CPR1000二次侧非能动应急热阱对事故的缓解能力。计算结果表明：CPR1000在发生主给水管道破裂事故后,二次侧非能动应急热阱完全可及时向蒸汽发生器补水,同时导出堆芯余热,保证反应堆处于安全状态,从而验证了CPR1000二次侧非能动应急热阱的设计是成功的。     

新型热管反应堆堆芯热工安全分析

针对新型空间热管反应堆,采用商用CFD软件FLUENT对其堆芯进行了稳态热工安全分析。根据MCNP物理计算的堆芯功率分布,选取功率份额最高的相邻3个燃料元件作为分析对象,对控制转鼓7种不同转动角度下的正常工况以及单根热管失效的事故工况进行计算分析,得到最热通道各层材料的温度分布。采用二维热管分析程序计算得到蒸汽区的温度分布,并作为三维计算模型的温度边界。堆芯功率分布采用用户自定义程序UDF进行添加。计算结果表明,在额定功率4.0 MW水平下,在正常工况以及单根热管失效事故工况下,热管具有足够的传热能力将堆芯裂变热导出,同时,堆芯最热通道各层材料温度均低于安全限值,且具有较大的安全裕度,满足设计要求。     

卧式铅铋堆芯氧化腐蚀特性研究

为开展卧式铅铋堆芯氧化腐蚀特性研究,本研究建立液态铅铋氧化腐蚀模型,并基于计算流体动力学方法,运用输运方程源项自定义方法实现耦合计算。研究表明,基准工况下堆芯燃料棒表面氧化层最厚位于出口位置处,中心位置燃料棒表面氧化层厚度显著高于靠近燃料组件盒燃料棒表面氧化层。10000 h后中心位置燃料棒表面仍保持双层氧化层结构,双层氧化层平均总厚度为1.32μm。本研究提出了铅铋堆芯氧化腐蚀特性数值模拟研究方法,能够用于铅铋堆芯氧化腐蚀的预测。     

车载运动条件下铅铋堆LESMOR热工安全特性分析

本文基于车载运动条件下非惯性系动量方程推导,建立运动条件附加力模型,并运用铅铋快堆瞬态热工水力分析程序LETHAC展开车载铅铋快堆LESMOR系统运动条件热工安全特性分析。研究表明,坡道行驶、垂直振动、俯仰振动及垂直耦合俯仰振动运动条件下,系统自然循环流量显著下降,但不超过30%;包壳和燃料温度上升,但不超过4℃,最高分别达411.3、442.4℃,远低于瞬态运行安全限值。LESMOR系统在汽车正常行驶和可能出现的极限行驶范围内都能保持稳定安全运行。本文提供车载运动条件下反应堆系统热工安全特性分析方法,具有一定的参考意义。     

管道贯穿裂纹泄漏率预测

充分考虑入口为过冷水、两相和过热蒸汽等情况下的临界和非临界流动,对摩擦压降、拐角压降以及临界流模型Henry-Fauske中的相变起始点进行了修正,开发出破前泄漏(LBB)的管道贯穿裂纹泄漏率计算程序。与目前通用的裂纹泄漏率程序(PICEP和SQUIRT)分别就常规直管道、人工裂纹以及自然形成裂纹的泄漏率实验数据进行了对比。计算分析表明,该程序计算结果与实验结果吻合较好且精度高于PICEP和SQUIRT。此外,通过计算分析研究,获得了背压和滞止焓以及裂纹形貌(包括局部粗糙度、全局粗糙度及裂纹开口位移、裂纹拐角数目等)对泄漏率的影响规律。