高温气冷堆石墨堆芯结构双层模型抗震研究

石墨堆芯结构包围球床堆芯,是高温气冷堆的重要组成部分。为满足其长期安全可靠运行的要求,使其设计合理、完整性得到保证,对石墨堆芯结构的动力学响应和结构完整性进行了研究,揭示其在运行中承受各种载荷条件(特别是地震)下的动态响应。完成的石墨堆芯结构双层模型抗震台试验中,测量模型在各种地震作用下的动力特性变化;考核石墨结构的刚度(变形)、强度和位移;分析榫、键等石墨构件的受力变形状况,整体结构的扭转。统计石墨构件经抗震试验后的破损数量,并分析了其破坏原因;通过初步的试验和模拟对比分析,探讨了石墨结构动力学响应的主要影响因素。为今后完成更大比例更复杂石墨堆芯结构模型抗震研究奠定了基础。     

石墨堆芯结构抗震研究

具有石墨堆芯结构的反应堆类型包括生产堆、石墨水冷反应堆、气冷堆、高温气冷堆等。具有多体结构的石墨堆芯结构在地震激励下表现出与一般土木结构、金属焊接结构或螺栓连接结构所不同的特性。本文综述了在反应堆发展的四个阶段中,不同时期不同国家对石墨堆芯结构抗震的研究方法及成果。气冷堆发展的初期,石墨结构的整体特性研究很少,尚不能满足我们国家建造示范电站的需要。本文阐述了我国在设计、建造和运行HTR-10过程中关于石墨结构抗震的研究思路,并且介绍了HTR-PM项目研究进展以及今后将开展的侧反射层相似理论模拟研究。     

脉冲堆堆芯结构抗震分析

脉冲堆堆芯结构类似于圆柱形刚性块体,由一铝质支撑简体支承。根据结构特点,我们分别采用刚体模型和有限元模型进行了响应分析,并将其结果作了比较。动态特性实验研究表明,分析结果是可靠的,采用刚体模型处理脉冲堆堆芯结构这种类型的结构是一种行之有效的方法。最后对关键部位作出了安全评价。     

HTR-PM高温气冷示范堆堆芯石墨粉尘产生量估算

在球床式高温气冷堆堆芯内,影响石墨球摩擦磨损率的关键条件为载荷与温度。此前,中国辐射防护研究院研究了载荷对石墨球摩擦磨损性能的影响,得到了石墨球磨损率与载荷的关系。本文在此基础上进一步研究了温度对石墨球磨损率的影响,通过拟合得到了石墨球磨损率与石墨球所受载荷、温度之间的关系式,结合HTR-PM高温气冷示范堆内燃料元件所受载荷和温度的分布情况,计算得出石墨球之间摩擦产生的石墨粉尘量约为14.01 g/d(5.1 kg/a)。     

热管堆堆芯基体结构高温力学行为分析

为研究热管堆堆芯基体结构高温下的热应力失效行为,以简化的多孔基体结构为研究对象,结合Megapower 5 MW（热功率）热管堆的设计参数,制定了正常工况和异常工况2种工况下的高温试验方案,其中异常工况考虑了单根热管失效。宏观检测结果显示基体结构未发生明显的变形与失效,结合数值分析方法获得了基体结构在2种工况条件下的温度分布和应力-应变响应,进一步说明了在试验条件下基体结构并不会发生静强度失效和塑性垮塌失效。本研究为明确热管堆堆芯基体结构的强度设计准则奠定了基础。     

快堆堆芯抗震实验研究与有限元分析进展

堆芯的安全评价是快中子增殖反应堆抗震设计的一个重要问题。发生地震时,应该确保堆芯组件的结构完整性和核电厂能按要求紧急停堆。数百根堆芯组件之间存在着间隙,组件与堆芯支承处也存在间隙,整个堆芯被液钠包围,堆芯的抗震计算比较困难。本文重点介绍近年来法国、日本、意大利以及中国等国家针对快堆做过的一系列实验和理论研究进展情况。     

高温气冷实验堆堆芯出口热气联箱混合性能对比试验

１０ＭＷ高温气冷实验堆堆芯出口冷却剂温度径向分布很不均匀，若不使之均匀化，将造成蒸汽发生器件部上过大的热应力，设置在堆底反射层中的堆芯出口热气联箱的作用之一是使冷却剂氦气在其中得到充分的热混合。     

10MW高温气冷实验堆反射层石墨毒物对平衡态堆芯特性影响分析

对１０ＭＷ高温气冷实验堆（ＨＴＲ－１０）反射层石墨毒物对平衡态堆芯特性的影响进行了敏感性分析计算，并且研究了反射层毒物浓度为５．２ｍｇ／Ｌ硼当量的情况下反应性的补偿手段。结果表明：毒物的存在，致使反应性下降，为了补偿这种效应，需要增大燃料中＾２３５Ｕ的富集度或者增大堆芯装料体积。本文工作可为ＨＴＲ－１０燃料中＾２３５Ｕ的富集度以及其它参数的选取提供参考依据。     

高通量工程试验堆堆芯物理量的简易估算

文中通过一些有效近似,根据单群中子模型建立了计算堆芯初始有效增殖系数、元件燃耗、元件热中子积分通量和元件积分功率等物理量的计算公式。     

HTR石墨砖单柱模型抗震试验与分析

高温气冷堆的堆芯结构材料主要为石墨砖,在地震载荷下的动力学响应比较复杂。基于山东荣成石岛湾200 MW高温气冷堆示范核电站(HTR-PM)的设计,建立石墨砖单柱模型进行不同工况的振动台试验。通过白噪声、正弦波和人工地震波进行动态特性探查试验和功能验证试验,获得结构的自振频率、阻尼、加速度和位移响应等参数。结果表明,石墨砖单柱的非线性特征明显,自由状态下结构的一阶自振频率在1~5 Hz之间。石墨砖间的相对位移小于5 mm,满足设计准则要求。     

快堆堆芯水平抗震分析的单组件初步分析

快堆堆芯抗震分析是堆芯设计的重要组成部分，它将为堆芯在地震作用下的结构完整性评价和堆芯反应性变化分析提供必要的数据，同时为控制棒的可插入性评价提供参考。本文采用日本有限元程序FINAS，以中国实验快堆为例，对快堆堆芯水平抗震的计算方法和模型进行了研究，完成了单组件预分析，其中包括模态分析、自由振动分析和与刚性墙壁的碰撞分析，为堆芯多组件水平抗震分析作好了准备。     

高通量工程试验堆堆芯反应性消耗率的估算及应用

本文通过合理有效的近似，根据单群中子模型，建立了高通量工程试验堆（ＨＦＥＴＲ）堆芯反应性消耗率估算模型，探讨了影响反应性消耗率的因素，把估算模型和数值计算及堆的实际运行结果做了比较，得出了具有一般性的结论，并用堆物理理论解释了这一结论．本文还探讨了结论在研究堆和核电站堆芯装载设计中的应用．     

采用变化附加阻尼的快堆堆芯组件抗震分析方法的研究

对快堆堆芯组件进行的抗震分析需要考虑冷却剂与堆芯组件之间的流固耦合作用。在之前的分析中,大多数人将流体附加阻尼处理为定值。实际上冷却剂对组件的作用还随着组件间的间隙变化而变化,其带来的附加阻尼应为变量。为更准确地模拟堆芯组件的振动,本文采用变化附加阻尼对快堆堆芯组件的抗震分析方法进行了研究。建立了快堆堆芯单排（5根）堆芯组件的抗震分析计算模型,对该模型进行了附加阻尼为定值和随间隙变化两种情况下的抗震分析,结果显示了考虑变化附加阻尼的堆芯组件抗震分析方法的可行性与有效性。本文所使用的模拟方法更为贴近堆芯组件的振动情况,为更为真实地模拟快堆堆芯组件的地震响应打下基础,这也有助于减少结构设计的保守性,具有一定的工程价值。     

高温堆堆芯双区球流运动高本体实验

双区堆芯的设计是高温气冷堆技术的发展方向之一,本文设计开展实验研究高温气冷堆球床堆芯的双区形成、交混区和滞留区等球流运动的基本特性。实验结果表明:在实验条件下,能获得稳定的双区分布,双区分界面上存在交混区,通过在加球面安装挡板能有效减小交混区大小;在球床底部存在明显的滞留区;球流运动具有随机性,在运动过程中存在一定的分散性,但在整体上又表现出统计意义上的确定性,这是球床堆球流运动的基本特点。     

高通量工程试验堆堆芯流量分配计算

建立了合理的高通量工程试验堆（HFERT）堆芯流量分配计算模型,并编制了相应的计算程序。应用此程序可以精确计算和分析HFETR堆芯流量分配和温场。经过中国核动力研究设计院提供的实验数据的验证计算表明,本程序计算结果与相应的实验数据符合很好。     

无线加速度传感器在石墨堆芯结构抗震实验中的应用研究

提出一种用于地震条件下石墨堆内构件的动力学响应检测的无线加速度传感器,并且能够对地震条件下石墨结构的完整性做出明确的评价。检测结果表明,在满足抗震实验各种工况条件下对无线加速度传感器的检测结果与有线加速度传感器检测的结果是一致的。该无线检测技术避免了传统的基于有线网络的石墨结构检测系统的安装费用高、可靠性差、安全性差等缺点。     

无线加速度传感器在石墨堆芯结构抗震实验中的应用研究

提出一种用于地震条件下石墨堆内构件的动力学响应检测的无线加速度传感器,并且能够对地震条件下石墨结构的完整性做出明确的评价。检测结果表明,在满足抗震实验各种工况条件下对无线加速度传感器的检测结果与有线加速度传感器检测的结果是一致的。该无线检测技术避免了传统的基于有线网络的石墨结构检测系统的安装费用高、可靠性差、安全性差等缺点。     

10MW高温气冷堆蓄电池防震架的抗震计算

核级蓄电池需保证地震时能正常发挥作用。蓄电池的抗震性能通过实验来验证,防震架的抗震性能则主要通过计算来验证。由于蓄电池质量较大,与防震架没有固定连接,不易准确对防震架进行抗震计算。本文对10MW高温气冷堆蓄电池防震架进行的抗震计算中,在用有限元分析得到固有频率后,采用等效静力法进行应力计算,确保其抗震设计有足够的裕量。     

高温气冷堆用石墨材料的氧化性能研究

高温气冷堆均选用石墨材料作为结构材料和慢化剂.在反应堆的运行过程中,由于冷却剂中含有的氧化性气体杂质以及可能发生的进水事故和进气事故,会发生石墨材料的氧化,进而影响反应堆的正常运行和安全.本文主要对近期反应堆用石墨材料的氧化研究进行综合评述,并在此基础上,指出今后需要进一步研究的内容.