应用于钠冷快堆的超临界二氧化碳动力转换系统研究

超临界二氧化碳（SCO₂）布雷顿循环由于高效、紧凑和可避免钠水反应等特性而成为钠冷快堆的理想动力转换系统。本文以1 200 MWe大型池式钠冷快堆为系统热源，钠回路温度及热负荷为循环系统运行边界，对比研究了不同SCO₂布雷顿循环系统性能和关键设备性能的变化规律。研究发现，级间冷却再压缩循环与钠冷快堆热源特性匹配性最佳，且循环效率最高（40.7%）。进而研究了不同运行参数对级间冷却再压缩循环效率的影响规律，给出了循环系统效率对各关键影响因素的敏感度，发现循环系统效率对冷端参数的敏感度最强，其次为分流比和透平入口参数，对主压缩机级间压比的敏感度最弱。     

基于时间常数的核电厂主循环泵惰转模型开发与验证

在核电厂初步设计阶段，针对反应堆进行的工况设计和安全分析均需要泵的惰转模型提供输入。现有泵的惰转模型几乎都需要已知泵的设计参数和管路系统阻力特性，但在电厂初步设计阶段，泵的详细结构设计尚未开展，管路阻力特性也难以获取。针对上述问题，提出了两种基于时间常数的主泵惰转特性曲线计算模型，并采用核电厂主循环泵的惰转试验数据进行了对比验证。分析结果表明，模型A在高转速时与试验值吻合较好，低转速时偏差较大，而模型B在整个惰转过程中与试验值均较接近，可用于核电厂的工况设计和安全分析。     

示范快堆一回路主管道断裂事故最佳估算分析研究

与安全裕量有关的研究一直是反应堆安全设计与安全分析的重点和难点问题。本文针对池式示范快堆CFR600的设计特点,对主热传输系统中的重要现象进行了分析,并建立了最佳估算模型,基于Wilks方法对CFR600一回路主管道断裂事故进行了不确定性量化计算。最佳估算分析结果表明,CFR600在一回路主管道断裂事故下,包壳最高温度95%/95%上限为851?6 ℃,相较于保守分析结果具有约91?8 ℃裕量,低于包壳破损验收准则。     

钠冷快堆丧失蒸汽发生器模块后的最佳工况研究

钠冷快堆通过采用模块式蒸汽发生器的设计方案以提高核电厂的负荷因子。核电厂运行中若发生丧失蒸汽发生器模块事件,核电厂工况将发生变化,应进行适当的调节,调节的目标工况可通过设计与研究给出。本工作对某典型池式钠冷快堆丧失1个蒸汽发生器模块后的最佳工况进行研究,主要研究内容包括对其主热传输系统进行建模,开展主热参数匹配计算,根据相关运行限值来筛选方案并分析关键参数,最终给出较为合适的运行工况。本工作为钠冷快堆在丧失蒸汽发生器模块后的工况设计提供了重要依据。     

基于FR-Sdaso的法国凤凰堆寿期末自然循环实验分析

系统分析程序是开展反应堆安全分析的重要工具之一，也可用于开展系统瞬态实验过程的分析。法国凤凰堆（Phenix）在停运之前开展的自然循环实验是钠冷快堆领域非常重要的系统瞬态实验，为研究钠冷快堆的瞬态特点提供了很好的参考。为分析此实验过程，利用自主研发的系统分析程序FR-Sdaso对凤凰堆进行建模，对其自然循环实验开展计算分析，并将主要参数的计算值与实验值进行了对比分析。结果表明，FR-Sdaso可较好地模拟此实验的瞬态过程，可用于开展钠冷快堆此类瞬态的安全分析。     

CFR600乏组件转换桶内氩气空间三维传热数值模拟

利用商业计算流体力学程序STAR?CCM+,对中国示范快堆（CFR600）乏组件转换桶内的氩气空间及相关结构部件进行数值模拟计算,验证分析正常工况和事故工况下的预埋件的热工设计。研究结果表明,正常工况下预埋件的温度峰值满足设计限值要求,但预埋件的温度分布存在一定程度的不均匀性,并且当发生事故工况时温度分布的差异性明显增大。钠液面通过辐射换热和对流换热共同对设备构件产生影响,其中辐射换热起主要作用。对于钠液面辐射换热的主要决定因素为钠液面的发射率。本工作为乏组件转换桶的正常运行及安全分析提供了技术准备。     

钠冷快堆系统程序FR-Sdaso开发

为解决600 MW示范快堆（CFR600）事故分析和工况设计中的实际问题，自主开发了钠冷快堆系统程序FR-Sdaso，其建模范围包括堆芯、一回路、二回路、三回路、四回路和事故余热排出系统，主要物理模型包括点堆模型、单通道堆芯热工模型、多区钠池模型、四区蒸汽发生器模型等核岛设备或部件分析模型，汽轮机、凝汽器、给水加热器、除氧器等常规岛设备采用集总参数模型，泵、阀门、管道及控制体等采用通用模型。对程序进行了初步验证，结果表明，FR-Sdaso程序可用于分析全厂瞬态工况及超功率、失流、失热阱等典型事故过程。目前，FR-Sdaso程序已用于CFR600的设计和安全分析。     

钠冷快堆直流式蒸汽发生器固定网格与滑移网格模型对比分析

根据钠冷快堆核电厂直流式蒸汽发生器(OTSG)的热工水力特性,基于固定网格模型和滑移网格模型编制了OTSG瞬态分析程序OTAC。对美国能源技术工程中心(ETEC)的OTSG停闭实验进行了模拟,并将计算值与实验值作了对比分析。结果发现,两种模型的计算值与实验值吻合较好,其中固定网格模型只有在网格数目足够多时才能避免计算结果的突跳,而滑移网格模型可在较少网格数目下取得很好的计算效果,提高了数值稳定性,避免了计算结果的不连续。     

钠冷快堆二回路系统热工水力瞬态分析程序SELTAC的开发与应用

针对钠冷快堆二回路系统的具体结构和运行特点，对中间热交换器、直流蒸汽发生器、钠缓冲罐以及泵、管道等设备和部件建立模型，采用FORTRAN语言自主编制了二回路系统热工水力瞬态分析程序SELTAC。利用中国实验快堆的停堆试验数据对所编制程序进行了初步验证。结果表明，程序计算值与试验值趋势一致，最大相对偏差不超过4.34%，吻合程度较好。将验证后的程序与一回路系统程序耦合，分析了某600 MW钠冷快堆在主热传输系统保持排热能力时的紧急停堆工况，得到了二回路系统的瞬态特性，为大型商用快堆电站的设计提供了参考。