自然循环条件下倒U型管蒸汽发生器一次侧倒流现象关键影响因素研究

倒U型管蒸汽发生器（UTSG）在自然循环条件下存在倒流现象，影响一回路冷却剂系统载热能力及自然循环能力。本文参照芬兰压水堆热工实验装置（PWR PACTEL）中UTSG设计参数，利用计算流体力学（CFD）软件Fluent模拟流量匀速下降工况下UTSG中的倒流现象，研究一次侧运行参数、UTSG设计参数以及二次侧运行参数对于倒流现象的影响。结果表明，提高UTSG一次侧温度、一次侧运行压力、倒U型管热导率将增大UTSG的临界质量流量，使得UTSG更易发生倒流；提高UTSG二次侧给水量、二次侧温度以及倒U型管内壁粗糙度将使得UTSG临界质量流量下降，抑制倒流现象发生；而倒U型管壁厚对倒流现象几乎无影响；相较于改变二回路温度，改变一回路温度对于倒流现象的影响更为显著。本研究结果可为UTSG的参数优化提供一定参考。      

基于CFD的铅基快堆单盒燃料组件堵流事故分析

铅基快堆在运行过程中产生的腐蚀产物有可能会在堆内沉积,导致堵流事故的发生。基于计算流体力学（CFD）软件 Ansys Fluent 分析了不同堵块面积、堵块厚度、堵块类型以及堵块位置对堵流事故中传热以及流场性质的影响规律。结果显示,堵块面积的增加会增加回流区域面积,使得温度回落更慢,传热恶化显著;堵块厚度的增加将导致冷却剂和包壳最高温度上升,极易导致包壳损坏;多孔介质堵块内冷却剂以较低流速通过,缓解了堵块造成的影响,其危害小于实心堵块;堵流发生在组件活性区中部与发生在活性区出、入口相比所造成的局部温升更加明显,危害更大。      

自然循环反应堆全寿期流量分配多目标优化研究

堆芯流量分配设计是自然循环反应堆堆芯结构优化的重点内容,对提升堆芯经济性和安全性具有重要意义。基于反应堆闭式并联多通道模型构建了局部最优流量分配计算模型,并对现有的流量分配方案进行分析,针对其局限性,提出了一种基于最佳时区的多目标综合评价法,可实现反应堆全寿期多目标流量分配优化计算;根据所提出的理论,结合TOPSIS综合评价法,以自然循环下最大输出功率、反应堆寿期内出口最大温差以及最大温差随时间变化标准偏差为属性值,开展小型长寿命自然循环铅铋快堆SPALLER-100的堆芯流量分配方案优化研究。研究结果表明,基于运行时间为3182 d功率分布所得SPALLER-100反应堆堆芯流量分配方案最佳,与基于寿期初功率分布所得流量分配方案相比,所得方案堆芯出口最大温差降低30 K,堆芯出口最大温差随时间变化的标准偏差降低41%,反应堆自然循环最大输出功率提高2.35%。      

铅铋反应堆堆芯流量分区智能优化方法研究

堆芯流量分区是实现堆芯出口温度展平的重要手段,合理地分区可以提高反应堆的安全性和经济性。本文将人工智能优化算法与单通道模型进行耦合,构建了反应堆堆芯流量分区计算模型,分别开展遗传算法、差分进化算法、量子遗传算法在反应堆流量分区问题上的收敛性分析。根据所得最优算法,分别以寿期初功率分布、各燃料组件在整个寿期内最大功率为样本数据,基于小型长寿命自然循环铅铋快堆SPALLER -100开展两种不同流量分区方案对比分析。研究结果表明,在3种智能优化算法中,量子遗传算法在反应堆流量分区问题上收敛性最佳,能较快地搜索到最优分区结果;基于寿期初功率分布样本数据所得燃料组件最大出口温度超出反应堆热工安全限值,而基于各燃料组件在整个寿期内最大功率所得燃料组件最大出口温度降低了140 K,且始终保持在热工安全限值之下;SPALLER-100反应堆最佳分区数为5,再增加分区数对提高反应堆热工安全性能影响较小。      

铅铋快堆单盒环形燃料组件典型堵流事故分析

铅铋冷却环形燃料组件具有许多安全性优势，但在其运行过程中由于铅铋冷却剂的腐蚀作用，易发生堵流事故而导致传热恶化，从而危及第一道屏障的完整性，为此，亟须开展铅铋快堆环形燃料组件堵流事故研究。建立5×5单盒环形燃料组件模型，基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）软件Fluent对内外通道不同堵塞面积、堵块厚度，以及堵块轴向位置下的堵流工况进行模拟分析，分析了内外包壳温度分布、堵块附近流场的轴向速度分布、通道质量流量变化、堵塞处燃料元件径向温度分布以及热量分配，并与正常工况下计算结果进行对比。结果表明：随堵塞面积增加，堵塞区域包壳温度显著上升，回流区域范围扩大，燃料芯块最高温度点位置向堵块侧偏移，堵块侧热流密度减小；当堵塞份额较大时，随堵块厚度增加，各参数变化与上述结论类似；堵块位于入口处时包壳局部温升较堵块位于中心处时更小；且随堵塞面积、厚度的增加以及堵块位置向活性区入口的不断靠近，内通道流量损失程度明显增大，而外通道流量几乎不受影响，因此，内通道发生堵流事故时危害更为严重。