COMMEN程序热膨胀模型的开发和验证

堆芯解体事故已成为钠冷快堆安全分析的主要关注点之一。COMMEN程序是中国原子能科学研究院开发的钠冷快堆堆芯解体事故分析程序。该程序耦合了二维的时空中子动力学模块,主要用于计算堆芯丧失原有几何形状之后的事故进程。为改进COMMEN程序,须在现有的中子学模块中添加热膨胀模型。改进后的COMMEN程序计算严重事故时考虑的反应性反馈更全面。为验证该模型,使用改进后的COMMEN程序对中国实验快堆(CEFR)进行建模计算,并将计算结果和SAS4 A程序进行对比。结果表明:添加了热膨胀模型后,COMMEN程序的计算结果得到了很大改善,其结果与SAS4 A符合的很好。     

池式钠冷快堆熔融物堆内滞留初步分析研究

为防止堆芯熔毁后熔融物熔穿反应堆容器,造成大量放射性释放,三、四代反应堆设计中普遍考虑了熔融物滞留方案。池式钠冷快堆在主容器底部安装堆芯熔化收集器,对熔融物进行有效收集和长时冷却。利用中国原子能科学研究院自主开发的FRTAC程序,计算堆芯熔毁后主容器内的自然循环,分析熔融物长时冷却过程,研究钠冷快堆的熔融物堆内滞留方案。结果表明：熔融物掉落至堆芯熔化收集器上后,主容器内的自然循环可以有效冷却熔融物,并由事故余热排出系统将余热导出至大气环境中。     

钠冷快堆熔断式非能动停堆系统方案设计

为保证和增强池式快堆的安全性，通过对比分析现有的非能动停堆装置，基于将某些合金在特定温度下拉伸强度发生突变的特性作为钠冷快堆非能动停堆的触发条件，提出了一种钠冷快堆熔断式非能动停堆系统的设计概念，能在发生无保护超功率事故或无保护失流事故的情况下引入负反应性。针对中国实验快堆(CEFR)的设计完成了熔断式非能动停堆系统的方案设计论证，并利用分析程序DYN4G对这一非能动停堆系统在CEFR无保护事故下的响应情况进行了模拟计算，由此得到了其组件设计的关键参数。分析结果表明，通过合理设计，在发生无保护事故时，熔断式非能动停堆系统能有效降低事故情况下的堆芯燃料组件及冷却剂的温度，进一步提高了钠冷快堆应对严重事故的能力。     

基于中国实验快堆的居里点非能动停堆系统的工作温度范围研究

非能动停堆装置可以大大提高钠冷快堆在无保护瞬态事故下的安全性,开展相关研究是十分必要的。采用居里点磁性合金的自动作停堆装置是目前国际上研究的主流装置之一。本文基于中国实验快堆(CEFR)的基本参数对采用居里点磁性合金的自动作停堆装置(Self-Actuated Shutdown System,简称SASS)的居里点温度预设值进行了研究。利用三维CFD程序采用大涡模拟的方法对安全棒附近的出口钠温进行计算分析,得到了温度振荡的幅度和频率,从而估算出居里点磁性材料正常工作的温度范围,确定了居里点温度预设值的下限。采用系统分析程序针对CEFR的无保护失流事故和无保护超功率事故进行分析,对居里点温度预设值的上限进行了评估,综合得出了居里点温度的预设值范围。本文通过以上工作,得出了一套居里点温度预设值的确定方法,对池式钠冷快堆的非能动停堆系统设计具有一定的指导意义。     

钠冷快堆碎片床迁移判据模型适用性分析

当钠冷快堆（SFR）发生堆芯解体事故（CDA）时,熔化后的堆芯燃料被冷却剂冷却固化成碎片颗粒,在堆芯下腔室堆积成碎片床。为保证碎片床内部的衰变热的有效移除以及熔融物堆内滞留（IVR）的有效实施,必须对碎片床迁移行为进行有效预测和模拟。研究人员基于颗粒受力平衡分析开发了碎片床迁移判据模型,以用于判断碎片床是否发生迁移。本文采用底部注气方法进行大量的碎片床迁移实验,并利用迁移判据模型对不同实验条件下的碎片床迁移行为进行计算和预测,进一步验证了所开发的碎片床迁移判据模型的合理性。      

铅铋冷却快堆堵流事故下堵块参数对流动传热的影响

铅铋冷却快堆是第四代核能系统之一,其具有许多运行与安全性优势。但铅铋冷却快堆在运行过程中,堆芯结构材料会受到铅铋合金冷却剂的腐蚀作用,腐蚀产物在堆内堆积可能会引发堵流事故,从而导致包壳传热恶化,并影响冷却剂的流动传热效果。通过对铅铋冷却快堆单盒燃料组件建模,使用商用计算流体力学软件STAR-CCM+对不同堵块参数下的5个堵流事故工况开展了计算分析。通过对事故后包壳内壁面温度、子通道中心温度的轴向发展和堵块周围流场的轴向速度分布进行对比分析,获得了各种堵块参数对堵流事故后传热恶化、流场性质的不同影响规律。     

COMMEN程序燃料元件精细模型的开发和验证

COMMEN程序是中国原子能科学研究院开发的钠冷快堆堆芯严重事故分析程序,包含了热工水力学模块、结构模块以及中子学模块。本文介绍COMMEN程序的燃料元件精细模型,该模型对燃料芯块内部节点进行划分,从而详细描述了燃料元件棒的径向温度分布。使用含有燃料元件精细模型的COMMEN程序从反应性反馈方面对中国实验快堆的UTOP（无保护超功率）事故进行计算分析,并将SAS4A程序和COMMEN程序的计算结果进行对比验证。结果显示,燃料元件精细模型计算的燃料温度与SAS4A程序的计算结果符合很好,开发的COMMEN程序适用于UTOP事故分析。     

钠冷快堆碎片床迁移行为底部注气实验研究

为了模拟钠冷快堆（SFR）碎片床迁移行为的瞬态过程，采用底部注气方法进行了大量的碎片床迁移实验，来研究颗粒物性、注气流量、注气区域和横向流量等因素对碎片床迁移行为的影响。总的来说，较大的气体注入速度、较大的横流流速以及接近碎片床中心的气体注入区域可以促进碎片床迁移现象的发生，而较大的颗粒直径、不规则的颗粒形状、较大的颗粒密度以及光滑的颗粒表面可以抑制碎片床的迁移行为，不同大小的混合颗粒的迁移特性处于单一尺寸颗粒的迁移特性之间。      

CEFR在ULOF工况下的自然循环能力分析

自然循环能力是衡量钠冷快堆固有安全性的重要指标,堆芯布置、回路设计及工况参数等都会影响堆芯自然循环能力,因此不同堆型的自然循环能力有很大差异。为了保证堆芯事故得到有效缓解,中国实验快堆(CEFR)的设计中通过优化系统布置,重点考虑了堆芯自然循环。本文采用SAS4A程序对CEFR进行系统建模,分析了CEFR在无保护失流(ULOF)工况下的堆芯热工水力参数瞬态特性,验证了CEFR利用自身自然循环和负反馈设计进行事故缓解的能力,本文还对一回路流动阻力和二回路钠装量对堆芯自然循环的影响进行分析。计算结果表明,CEFR具有良好的自然循环特性,在ULOF工况下可以依靠其负反馈停堆,并能够建立起稳定的自然循环从而导出堆芯余热。     

中国实验快堆超功率瞬态分析研究

在核电厂的安全分析中,系统程序能够对多种事故瞬态进行瞬态分析。随着我国快堆技术的发展,在快堆系统程序的开发和应用等方面也做了一些工作。本文运用法国原子能委员开发的快堆系统分析程序DYN4G建立了中国实验快堆(CEFR)的系统模型,包括堆芯、一回路、二回路、汽水回路和事故余热排出系统,并计算了满功率下的稳态,与设计值进行了比对,同时完成了超功率事故的瞬态分析,并与《CEFR最终安全分析报告》中的计算进行了对比验证。计算结果表明程序能较好的模拟CEFR的稳态和超功率情况,为进一步开展CEFR的安全研究及钠冷快堆的安全分析打下了基础。