氧化铝纳米流体增强球形下封头IVR能力边际研究

为评价氧化铝纳米流体相对于纯水工质对球形下封头熔融物滞留（IVR）能力边际的拓展程度,采用基于气泡力平衡的氧化铝纳米流体临界热流密度（CHF）机理模型和壁面热通量拆分CHF模型计算球形下封头外表面纳米流体CHF。利用熔融物堆内滞留分析软件CISER开展衰变热分布抽样计算,得到下封头壁面CHF随倾角变化的随机分布,并将其与纳米流体CHF模型的理论值相比,以CHF比值小于1作为IVR成功准则,研判纳米流体对IVR能力边际拓展的影响程度。研究结果表明,若不对下封头内外传热构成采取任何优化措施,仅采用纳米流体替代纯水工质,压水堆核电厂的IVR能力边际能够拓展至1300 MW额定电功率水平。      

IVR条件下堆芯熔融物迁移状态诊断方法研究

以华龙一号(HPR1000)为对象,基于其熔融物堆内滞留(IVR)系统专用监测仪表探究堆芯熔融物迁移状态的诊断方法。通过对大破口失水事故(LBLOCA)、全厂断电(SBO)事故等导致的典型严重事故分析发现,堆芯熔融物迁移至下封头后压力容器(RPV)外壁面温度会发生显著变化,倾斜角为45°位置的RPV外壁面温度上升幅度可达150℃～200℃。基于研究结果,提出了堆芯熔融物迁移的判定准则,即在IVR系统成功投入的前提下,当监测到下封头外壁面温度显著上升时,则认为熔融物已淹没至下封头半高度位置处,可判定堆芯熔融物已发生大量迁移。     

AP1000 IVR三层熔融池结构评价分析

严重事故时AP1000采取一回路卸压和压力容器外部冷却的熔融物堆内滞留(IVR)措施。本文建立IVR分析模型,用于评价AP1000 IVR时两层和三层熔融池结构的传热行为。计算结果表明,重金属层的形成导致轻金属层变薄、集热效应增强,而且重金属层越厚,轻金属层集热效应越强。     

压力容器保温层入口条件变化及其对IVR传热裕度的影响研究

熔融物堆内滞留(IVR)是大型非能动核电厂的重要严重事故缓解措施之一,压力容器下封头外壁面临界热流密度(CHF)是该措施能否成功的关键因素,而压力容器保温层入口条件对保温层流道内流动沸腾、CHF及IVR传热裕度具有重要影响。开展全高度压力容器外壁面CHF试验,试验结果表明,压力容器保温层入口水的过冷度越大,压力容器外壁面CHF越高,入口过冷度对于提高CHF是有利因素。根据严重事故类别及其事故进程特点,选取典型的严重事故序列,采用MELCOR程序计算分析压力容器下封头内形成稳定熔池时堆腔水的过冷度,分析结果表明堆腔水过冷度较大时的熔融物衰变热较高,而堆腔水过冷度较小时的熔融物衰变热较低。对于形成稳定熔池后的传热裕度也进行了分析,结果表明在堆腔水量较大的情况下,形成稳定熔池时刻可作为IVR有效性分析评价的包络状态。     

基于蒸汽轮机的非能动IVR策略研究

针对某些压力容器布置较高的核电厂,实施熔融物堆内滞留（IVR）过程中溢出堆腔的水和/或安全壳内冷凝水无法依靠重力自然回流到堆腔,从而无法实现长期非能动IVR的问题,提出利用IVR实施过程中产生的水蒸气,使其推动蒸汽轮机做功,然后带动水泵将安全壳底部的水重新注入堆腔,从而建立蒸汽和水的循环,进而实现长期非能动IVR的策略;并对该策略进行详细的热工水力计算分析,从理论上论证了该系统的可行性。      

压力容器-保温层流道变形条件下临界热流密度试验研究

针对压力容器外部冷却(ERVC)应用中的压力容器-保温层流道(RPV-保温层流道)变形问题,利用提高临界热通量影响因素(FIMR)的试验装置,在相同流量范围开展了变形条件下壁面临界热流密度(CHF)的试验研究,分析了流道变形和流量变化对压力容器(RPV)下封头壁面CHF的影响规律,获得了流道变形情况下ERVC的安全裕度。结果表明:随着RPV下封头角度升高,循环流量增加,下封头壁面CHF增大;与原型流道相比,变形流道下封头壁面CHF的变化幅度小于7%,流道变化的影响并不显著;变形流道中,下封头壁面安全裕量最小的位置与原型流道相同,其安全裕量略有提高。     

倾斜下朝向加热表面汽泡行为可视化实验研究

以AP1000反应堆堆芯熔融物堆内滞留(IVR)策略为研究背景,采用去离子水为工质,在大气压下针对倾斜矩形结构开展下朝向加热表面汽泡行为的可视化实验研究。加热表面倾角从0°变化到30°,矩形窄缝尺寸从3 mm变化到8 mm。可视化观察到下朝向加热表面的汽泡滑移和汽泡变形现象,认为实验本体结构和下朝向加热表面布置是导致汽泡滑移和变形的诱因。通过对临界热流密度触发前后汽-液两相波动现象的可视化分析,认为汽-液波动界面的脱离是触发临界热流密度的主要原因。     

模块式小型压水堆堆腔注水系统下封头设计两相数值模拟研究

堆腔注水系统(CIS)可用于导出严重事故下位于压力容器底部的堆芯熔融物余热,防止压力容器熔穿,有效缓解严重事故后果。将数值计算预测下封头临界热流密度(CHF)的方法用于模块式小型堆下封头不同形状下CHF预测,筛选出安全裕量更高的下封头结构设计。结果表明:椭球型下封头和半球型下封头CHF随角度分布曲线大不相同,虽然二者最高CHF值相当,但椭球型CHF值在中部角度区(30°~60°)要远高于半球型CHF值。因此,在新设计中可以考虑采用椭球型下封头以提高堆腔注水系统的安全裕量。     

大型先进压水堆IVR策略评估和裂变产物分布计算

大型先进压水堆通过堆内熔融物滞留（IVR）策略来缓解严重事故后果以降低安全壳失效风险。其中堆腔注水系统（CIS）被引入来实现IVR。本文使用严重事故分析软件计算大型先进压水堆在冷管段双端断裂事故下的事故进程、热工水力行为、堆芯退化过程和下封头熔融池传热行为,评估能动CIS的事故缓解能力。计算结果表明,事故后72 h,下封头外表面热流密度始终低于临界热流密度（CHF）,表明IVR策略有效。此外,计算分析了惰性气体、非挥发性和挥发性裂变产物的释放和迁移行为。计算发现,IVR下更多的放射性裂变产物分布在主系统内,壁面核素再悬浮形成气溶胶的行为被消除,安全壳壁面上沉积的核素被大量冷凝水冲刷进入底部水池。总体来说,IVR策略能更好地管理放射性核素分布,减小放射性泄漏威胁。     

基于PSA的压水堆LBLOCA不确定性分析

为了结合确定论与概率论分析开展更加真实的核反应堆事故工况安全分析,提出了一种结合概率安全分析（PSA）和最佳估算加不确定性（BEPU）分析的方法,并以典型三环路压水堆冷管段双端断裂大破口失水事故（LBLOCA）的极限事故为对象,首先基于PSA开展了应急堆芯冷却系统的事故失效分析,而后结合BEPU分析评估了事件树中各事故序列的包壳峰值温度（PCT）分布及条件堆芯损坏概率（CCDP）,最终确定了压水堆在该事故工况中的堆芯损坏频率（CDF）。分析结果表明,压水堆在冷管段双端断裂工况中应急堆芯冷却系统能够保证反应堆的安全,且一列低压安注系统足以排出堆芯余热及保证反应堆安全。      

先进压水堆燃料组件计算不确定性分析

采用广义微扰理论,研究核数据不确定性对先进压水堆AP1000燃料组件宏观截面参数计算不确定性的贡献与影响机理。通过比较、分析不同因素对组件参数计算不确定性的贡献,给出组件宏观截面参数相关系数矩阵;采用敏感性分析方法及分步比较的思路研究在不同堆芯运行状态下核数据对AP1000燃料组件宏观参数计算不确定性贡献的机理。研究结果表明:核数据自身不确定性通过组件输运计算最终传递给宏观截面参数的不确定性是基本恒定的。其中,~(235)U平均裂变中子数反应、~(238)U辐射俘获反应、~(238)U共振非弹性散射反应及~1H共振弹性散射反应对组件宏观截面参数计算不确定性贡献尤为突出。同时,温度升高导致组件kinf及宏观截面参数计算不确定性增加;燃料富集度降低及可燃毒物的存在均使组件kinf计算不确定性增加;组件快群截面计算不确定性远大于热群截面计算不确定性。其中~(238)U辐射俘获反应、共振非弹性散射反应等截面信息应重点关注并且需要进一步评价和改进。     

球床式高温气冷堆的余热不确定性分析

反应堆在停堆后相当长时间内仍具有较高的剩余发热是核电站的重要特性,也是核电站安全分析的关键。因此,对反应堆余热及其不确定性进行分析,对于合理设计余热排出系统、研究论证燃料元件在事故后的安全特性等均具有重要意义。本工作结合德国针对球床式高温气冷堆制定的余热计算标准,介绍了球床式高温气冷堆剩余发热及其不确定性的计算方法,并结合200 MWe球床模块式高温气冷堆示范工程（HTR-PM）的初步物理设计,对长期运行在满功率平衡堆芯状态下的反应堆停堆后的余热及其不确定性进行了计算分析,为进一步的事故分析提供依据。     

Analysis of Operating Experience Involving Loss of Decay Heat Removal during Reactor Shutdown in Pressurized Water Reactors

In PWRs, loss of decay heat removal (DHR) during reactor shutdown with the reactor coolant system (RCS) partially drained may result in core boiling in a short time. The subsequent RCS pressurization could prevent water flow into the RCS by gravity feed and consequently the core would be uncovered. This paper analyzes U.S. PWR operating experience involving the DHR loss in such reduced inventory conditions.

Between 1976 and 1990, reported were a total of 63 loss of DHR events which occurred during reactor shutdown with the RCS inventory reduced. Review of the event reports indicated that many loss of DHR events in reduced inventory conditions resulted from air entrainment into the DHR pumps due to lowering the reactor water level too far, loss of coolant inventory, increased pump flow and so on.

The coolant heatup rates were evaluated for 12 events with use of the data such as the time elapsed from reactor shutdown actually reported. The calculated results were in reasonably good agreement with the observed ones and showed that core boiling would take place within 1 h even if the DHR loss would occur in the late stage of shutdown (for example, 30 days after the shutdown).     

压水堆核电站铁水反应机理研究

从微观上研究压水堆核电站严重事故下减少或控制氢气生成的措施需研究氢气生成的微观机理。本工作采用量子化学理论,应用量子化学软件包Gaussian03,在B3LYP/6-311+G(d)理论模型上研究了压水堆严重事故下铁水反应的微观机理,并计算了活化能。结果表明,铁水反应是由两个基元反应组成的总包反应。第2步基元反应的正反应活化能较大,是铁水反应的速控步。在微观上研究减少或控制氢气生成的措施应从第2步基元反应入手。     

压水堆余热排出换热器性能研究

以压水堆余热排出系统为对象,建立管壳式换热器的数学模型。与换热器设计软件HTRI的计算结果进行对比,结果表明该模型可以准确预测管壳式换热器的管壳侧出口温度。总传热系数敏感性计算表明,该参数随管壳侧流量变化而变化,在换热器性能预测时不能当作常数处理,应与工况进行耦合计算。当管壳侧体积流量小于1000 m3/h时,总传热系数对流量较为敏感;当体积流量大于1000 m3/h时,流量的影响则相对较弱。该模型为预测换热器其他工况的换热性能提供基础,为换热设备调试提供指导,为核电厂设计验证及高效安全运行提供可靠依据。     

严重事故IVR下反应堆压力容器耦合传热数值模拟分析

堆芯熔化严重事故下保证反应堆压力容器（RPV）完整性非常重要,高温蠕变失效是堆芯熔化严重事故下反应堆压力容器的主要失效模式。在进行严重事故堆芯熔化物堆内包容（IVR）下RPV结构完整性分析中,RPV内外壁和沿高度方向的温度分布以及剩余壁厚是结构分析的重要输入。本文采用CFD分析方法对RPV堆内熔融物、RPV壁以及外部气液两相流动换热进行热-固-流耦合分析,获得耦合情况下的温度场、流场、各相份额分布以及RPV的剩余壁厚,为RPV在严重事故IVR下的结构完整性分析提供依据。     

压水堆一回路卸压措施影响因素研究

研究压水堆一回路管道小小破口失水事故叠加辅助给水失效导致的高压堆芯熔化严重事故进程，对比验证不同严重事故缓解措施入口温度条件下一回路卸压缓解途径的充分性和有效性，并确认较佳的一回路冷却系统（RCS）降压途径。结果显示，以低于650℃的温度作为降压缓解措施入口条件，可及时恢复可能的堆芯冷却能力。一、二回路卸压效果分析表明，考虑了长期衰变热移出注水流量和堆芯过冷度要求，较佳的卸压配置为初期打开一列稳压器卸压阀，同时迅速恢复辅助给水并开启蒸汽发生器卸压阀。      

基于双群点堆模型的小型压水堆反应性扰动的动态模拟

本文采用双群点堆动力学模型耦合传热集总参数模型,分别对小型压水堆高、低功率条件下反应性扰动进行模拟,并与三维仿真模型进行比较.结果表明:本模型可较好地模拟小型压水堆反应性扰动情况下的功率、温度变化趋势及峰值,且分析时间短,能满足工程精度要求,可用于小型反应堆正常运行以及事故状态下反应性扰动的现场超时预测.