核热推进系统氢气物性及流动换热模型分析

为开展关于核热推进反应堆堆芯的稳态热工水力计算,基于现有针对压水堆的系统分析程序,添加了氢气的物性模型及流动换热和摩擦阻力关系式,并采用公开文献中的数据进行验证。结果表明采用上述模型计算得到的结果与参考值符合较好,二次开发的程序适用于氢气的流动换热计算。针对一种折流式核热推进反应堆堆芯,使用该系统程序建模并计算,得到了堆芯的流量、焓升等分布情况。研究结果表明,对于折流式核热推进反应堆,内外堆芯燃料元件之间的导热会增强堆芯释热不均,对堆芯的稳态热工水力特性有较大影响,堆芯物理方案的设计应结合热工水力方面的计算。本研究可为核热推进系统内氢气流动换热计算提供借鉴。     

核热推进系统氢气物性及流动换热模型分析

为开展关于核热推进反应堆堆芯的稳态热工水力计算,基于现有针对压水堆的系统分析程序,添加了氢气的物性模型及流动换热和摩擦阻力关系式,并采用公开文献中的数据进行验证。结果表明采用上述模型计算得到的结果与参考值符合较好,二次开发的程序适用于氢气的流动换热计算。针对一种折流式核热推进反应堆堆芯,使用该系统程序建模并计算,得到了堆芯的流量、焓升等分布情况。研究结果表明,对于折流式核热推进反应堆,内外堆芯燃料元件之间的导热会增强堆芯释热不均,对堆芯的稳态热工水力特性有较大影响,堆芯物理方案的设计应结合热工水力方面的计算。本研究可为核热推进系统内氢气流动换热计算提供借鉴。     

秦山核电二期工程反应堆热工水力设计

简要介绍了秦山核电二期工程反应堆热工水力设计的设计基础和设计方法，反应堆压力容器内压降和旁流计算，燃料组件热工水力设计，以及堆芯功率控制和ＤＮＢＲ限值分析等内容。同时进行了设计验证，验证结果表明，设计计算结果与水力模结果符合良好。     

反应堆热工水力子通道分析程序ATHAS的研发

介绍了具有自主知识产权的反应堆热工水力子通道分析程序ATHAS的物理模型和数值解法。利用ATHAS对西屋四环路压水堆进行全堆芯热工水力子通道分析,并与COBRA-EN和THERMIT-2的预测值进行对比,结果表明:ATHAS能够准确预测大型压水堆堆芯内的热工水力参数分布。本文对ATHAS研发的思路和方法,对我国核电站热工水力软件自主化的设计开发具有借鉴意义。     

空间核电推进球床反应堆热工水力特性数值分析

球床反应堆的功率密度高、堆芯尺寸小、裂变产物完全包容,在空间核动力系统中具有广泛的应用前景。针对空间核电推进球床反应堆,开发了稳态热工水力分析程序,对堆芯进行了全功率稳态运行工况下的热工水力设计优化及安全特性分析,重点优化冷、热孔板孔隙率以消除堆芯热点。计算结果表明,燃料球中心最高温度距燃料熔点具有873 K的安全裕量,冷孔板孔隙率对堆芯流量分配几乎没有影响,孔隙率峰值比为2.0的热孔板可有效避免堆芯热点,此外增大冷却剂入口压力会减小堆芯的压损。本文结果可为空间核电推进球床反应堆的设计及安全特性分析提供建议与指导。     

空间核电推进球床反应堆热工水力特性数值分析

球床反应堆的功率密度高、堆芯尺寸小、裂变产物完全包容,在空间核动力系统中具有广泛的应用前景。针对空间核电推进球床反应堆,开发了稳态热工水力分析程序,对堆芯进行了全功率稳态运行工况下的热工水力设计优化及安全特性分析,重点优化冷、热孔板孔隙率以消除堆芯热点。计算结果表明,燃料球中心最高温度距燃料熔点具有873 K的安全裕量,冷孔板孔隙率对堆芯流量分配几乎没有影响,孔隙率峰值比为2.0的热孔板可有效避免堆芯热点,此外增大冷却剂入口压力会减小堆芯的压损。本文结果可为空间核电推进球床反应堆的设计及安全特性分析提供建议与指导。     

反应堆热工物理耦合反馈变量敏感性分析

在反应堆设计计算中,堆芯热工水力和堆芯物理的耦合十分重要。本文以秦山二期核电站反应堆堆芯作为研究对象,使用栅元计算程序CASMO4E对各类型的组件进行均匀化参数的计算;完成热工物理耦合反馈变量的敏感性分析;采用两种方法生成耦合需要的截面库,并对其进行误差分析。     

堆芯物理-热工水力分析软件DCNMC开发与初步验证

针对特定类型核动力反应堆的特点,以DRAGON程序为反应堆组件均匀化参数计算内核,以CITATION程序、NGFM程序、MCNP程序为堆芯物理计算内核、以COBRA程序为堆芯热工水力计算内核,以自主开发的组件少群均匀化参数加工处理程序DOCS和反应堆-物理热工计算主程序DCNMC为接口程序和计算内核管理程序,开发形成一套具有较好通用性的特定类型反应堆堆芯物理-热工计算分析软件,并以特定反应堆为对象,完成计算模型开发、初步验证与校正。结果表明:该程序包可用于某特定堆堆芯物理-热工计算分析,精度满足要求。     

AC—600堆芯设计

本文叙述了 AC-600的堆芯核设计、热工水力和屏蔽设计.为了改善燃料利用和提高反应堆的安全性,在堆芯设计中,采用了低功率密度堆芯、较大的负反应性温度系数、机械谱移控制、钆可燃毒物、灰棒及不锈钢反射层等先进技术。     

运动条件下铅铋反应堆热工水力特性研究

为研究运动条件下铅铋反应堆热工水力特性,开发了运动条件铅铋反应堆瞬态分析系统程序,并完成了对设计的5 MW自然循环小型模块化铅铋反应堆的建模,分析了运动条件对反应堆自然循环热工水力特性的影响。计算结果表明,倾斜条件下,堆芯流量减小,堆芯出口温度升高,在计算最大倾斜角度下,流量减小20%,冷却剂堆芯出口温度升高20 ℃。起伏条件下,起伏幅度和起伏周期越大,对反应堆影响越大,由于系统阻力影响,流量变化较起伏加速度有小于1 s的延时。摇摆条件下,摇摆角度越大和摇摆周期越小,对反应堆影响越大,燃料包壳峰值温度较稳态值高20 ℃以内,对反应堆正常运行时安全性影响较小。     

部分参数统计方法在30万kW核电厂应用的初步研究

偏离泡核沸腾(DNB)设计基准是反应堆热工水力设计中的重要基准之一,为评价该设计基准是否满足热工水力设计要求,需确定堆芯偏离泡核沸腾比(DNBR)设计限值。本文研究了使用统计学方法确定不确定性的部分参数统计方法原理,并应用该方法和堆芯子通道分析程序对30万kW核电厂DNBR设计限值进行计算。计算结果表明,反应堆冷却剂流量全部丧失事故最小DNBR分析采用部分参数统计较STDP额外获得了约5%的裕量。本文结果为DNBR设计基准的验证提供了关键判据。     

高温气冷堆热工分析模型改进与堆芯温度场分析

更准确地模拟球床式高温气冷堆堆芯温度分布,是反应堆安全分析尤其是超高温运行研究中的关键问题之一。由于堆芯球流运动具有不确定性,石墨块和碳砖等结构材料采用散体布置,堆内冷却剂流道复杂,对热工水力准确模拟造成困难,可进一步优化。本文结合HTR 10的结构特点和流道特征,简要分析了堆芯传热过程,说明了在热工模拟中准确划分结构和流道对获取更精确的堆芯温度分布的重要意义。详细梳理了冷却剂流动路径,改进了在THERMIX程序下建立的HTR 10原有热工分析模型,更合理地模拟了堆芯冷却剂漏流行为,使得模型对堆芯冷却剂流动和传热过程的描述更准确。与试验数据对比,改进后的模型对堆芯外围系统的温度分布模拟准确性显著提升。计算结果表明,反应堆在额定设计工况下满功率稳态运行时,燃料和反射层最高温度均未超过材料的耐热限值。     

European research on HLM thermal-hydraulics for ADS applications

The objective of the European 6th framework project EUROTRANS is to demonstrate the technical feasibility of transmutation of high level nuclear waste using accelerator driven systems. Within this objective the design of a European experimental ADS should demonstrate the technical feasibilities to transmute a sizeable amount of waste and to operate an ADS safely. This ADS will be a subcritical reactor system having liquid lead-bismuth eutectic as coolant. The liquid lead-bismuth eutectic is also intended to serve as target material for the spallation reaction which forms a crucial part to the subcritical reactor core. Since lead-bismuth eutectic is used as core coolant and spallation material, knowledge of its thermal hydraulic behaviour is essential. Within the DEMETRA domain of the EUROTRANS project, basic thermal hydraulic studies in order to support the design and safety analysis of XT-ADS components and the development of measurement techniques have been started.     

百千瓦级空间锂冷快堆系统热工安全特性研究

随着深空探测任务动力要求不断提高,空间大功率核电源系统势在必行。本文针对锂冷快堆结合斯特林循环的空间核动力系统,建立堆芯、斯特林发电机、辐射散热器、泵及相关管道模型,基于Fortran语言开发了瞬态系统热工安全分析程序。基于斯特林实验数据,验证了斯特林数学模型的准确性,最大相对误差为17.3%。进而建立空间锂冷电源系统模型,并通过稳态计算值与设计值对比,校核了系统程序模型的合理性,最大相对误差为13.3%。对系统典型事故工况进行瞬态分析,结果表明,由于堆芯整体负反应性反馈,燃料芯块峰值温度在安全限值范围内,系统具有一定安全特性。本文为百千瓦级空间堆热工安全分析提供理论支撑。     

压水堆结构设计中应注意的问题

根据工程经验,在压水堆结构设计中,应对反应堆的结构布置、功能要求、接口控制、热工水力特性、驱动线性能、结构完整性以及堆内构件的功能准则和堆结构对燃料组件的影响等方面进行综合评价,以确保反应堆的顺利装配,实现反应堆的功能并确保反应堆安全运行.     

Thermal–hydraulic feasibility analysis on uprating the HTR–PM

In order to meet energy demand in China, the high temperature gas-cooled reactor–pebble-bed module (HTR–PM) is being developed. It adopts a two-zone core, in which graphite balls are loaded in the central zone and the outer part is fuel ball zone, and couple with a steam cycle. Outer diameter of the reactor core is 4.0 m and height of the core is 9.43 m. The helium inlet and outlet temperature are 250 and 750 °C, respectively. The reactor thermal power is 380 MW. Preliminary studies show that the HTR–PM is feasible technologically and economically. In order to increase the reactor thermal power of the HTR–PM, some efforts have been made. These include increasing the height of reactor core, optimizing the thickness of fuel zone and better selection of the scheme of central graphite zone, etc. Basic design concepts and thermal–hydraulic parameters of the HTR–PM are given. Measures to increase the thermal power are introduced. Thermal–hydraulic analysis results are presented. The results show that, from the viewpoint of thermal–hydraulics, it is possible to increase the reactor power.     

Analytical evaluation of two-phase natural circulation flow characteristics under external reactor vessel cooling

This work proposes an analytical method of evaluating the effects of design and operating parameters on the low-pressure two-phase natural circulation flow through the annular shaped gap at the reactor vessel exterior surface heated by corium (molten core) relocated to the reactor vessel lower plenum after loss of coolant accidents. A natural circulation flow velocity equation derived from steady-state mass, momentum, and energy conservation equations for homogeneous two-phase flow is numerically solved for the core melting conditions of the APR1400 reactor. The solution is compared with existing experiments which measured natural circulation flow through the annular gap slice model. Two kinds of parameters are considered for this analytical method. One is the thermal–hydraulic conditions such as thermal power of corium, pressure and inlet subcooling. The others are those for the thermal insulation system design for the purpose of providing natural circulation flow path outside the reactor vessel: inlet flow area, annular gap clearance and system resistance. A computer program NCIRC is developed for the numerical solution of the implicit flow velocity equation.     

GPU加速的球床式氟盐冷却高温堆堆芯热工水力程序研发

球床式氟盐冷却高温堆(Pebble Bed Fluoride-salt Cooled High Temperature Reactor,PB-FHR)是一种先进的第四代反应堆。三维堆芯热工水力程序能够模拟具有复杂空间效应的工况,但计算耗时较高。图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)具有大量计算单元,可有效提高程序的计算速度。本文研发了GPU加速的PB-FHR堆芯热工水力程序(GPU-accelerated Thermal Hydraulic Code,GATH),采用非热平衡多孔介质模型建立堆芯物理模型,研究并实现了GPU高速求解算法。对PB-FHR的堆芯模型进行了热工水力分析,与商用计算流体力学软件ANSYS CFX的计算结果进行了对比,验证了程序的正确性。GPU加速性能分析的结果表明,程序整体的加速比率可达8.39倍,证明所研发的GPU求解算法能有效提升堆芯热工水力分析的计算效率。     

Thermal—hydraulic stability of a natural circulation system with nuclear feedback

ＴｈｅｒｍａｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆａｎａｔｕｒａｌｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｎｕｃｌｅａｒｆｅｅｄｂａｃｋＸｕＺｈａｎＪｉｅ，ＣｈｅｎＬｉＱｉａｎｇ，ＭａＣｈａｎｇＷｅｎａｎｄＷｕＳｈａｏＲｏｎｇ（Ｉｎ...