FCM燃料堆内行为模拟及结构设计研究

本文采用二维特征模型模拟不同无燃料区厚度全陶瓷微封装弥散（FCM）燃料的热力学行为，在保证堆芯装载要求的条件下，研究不同结构FCM燃料SiC基体和包覆燃料颗粒SiC层的应力状态。通过优化无燃料区厚度，调整TRISO颗粒间的间距，保证无燃料区和SiC层同时具有较低的应力水平。分析了无燃料区厚度为100 ~ 500 μm时基体SiC、无燃料区以及SiC层的应力分布，结果表明，基体SiC和SiC层最大应力随无燃料区厚度增大而增大，而无燃料区的最大应力则随其厚度增大而降低。当无燃料区厚度为400 μm时，无燃料区和SiC层均处于较低的应力状态，无燃料区SiC基体应力约为400 MPa，而SiC层的最大环向应力约为200 MPa，其失效概率约为2.5×10-4。因此，当无燃料区厚度为400 μm时，FCM燃料既能维持芯块结构完整，又能保证SiC层具有较低的失效概率。结构优化为FCM燃料的应用提供了基础。      

金属基弥散微封装燃料中TRISO燃料颗粒的尺寸优化设计

弥散微封装燃料是将包覆燃料颗粒弥散在基体中形成燃料芯块或者燃料棒，是目前耐事故燃料（ATF）中最具发展潜力的燃料之一。包覆燃料颗粒为三结构同向型（TRISO）或者两结构同向型（BISO）包覆燃料颗粒，基体可以是金属也可以是陶瓷。本文用有限元分析软件ABAQUS对金属基弥散微封装燃料进行了分析计算。通过分析TRISO燃料颗粒各包覆层厚度对燃料性能的影响，提出优化改进的建议。研究结果表明，疏松热解碳层（Buffer）厚度越大，燃料颗粒发生破损失效的燃耗越高，因此设计时应考虑增加其厚度；内部致密热解碳层（IPyC）厚度越大，其自身的最大环向拉应力越大，因此设计时应降低其厚度；碳化硅（SiC）层厚度越大，其自身环向压应力越小，因此设计时应降低其厚度。本文的研究结果可为金属基弥散微封装燃料的优化设计提供指导。      

金属及金属氧化物掺杂改性二氧化铀燃料的研究进展

随着商用反应堆对长周期、高燃耗需求的日益提升,燃料芯块将面临更加严苛的服役条件。如何进一步提高二氧化铀燃料的物理化学性能是开发新型核燃料元件亟待解决的关键技术问题。本文基于近年来在掺杂燃料芯块领域最新研究进展,系统总结并讨论了掺杂元素类型及其对二氧化铀燃料芯块性能的影响机理,阐述了掺杂燃料微观组织与性能之间的内在联系,指出当前该研究领域仍存在的科学/技术问题以及掺杂二氧化铀的发展趋势,为改善燃料芯块安全性能的设计提供重要的理论参考。     

大晶粒UO2燃料芯块性能研究进展

大晶粒UO2芯块相比于传统UO2芯块而言,具有更低的辐照肿胀、更低的裂变气体释放量以及优异的抗芯块-包壳相互作用的能力.大晶粒UO2芯块作为高燃耗、长换料周期新型燃料具有很大的应用潜力,近年来受到越来越多的关注.国内外学者针对大晶粒UO2芯块开展了大量的研究,包括芯块的微观结构、烧结特性以及辐照行为等,结果表明,大晶粒UO2芯块在高燃耗和长换料周期条件下表现出优异的堆内性能,在提高压水堆核电站的经济性的同时,可以有效提高其安全性.近年来,研究人员针对大晶粒UO2芯块在欧洲、美国、俄罗斯和中国等国开展了大量的堆内辐照考验,考验的环境包括压水堆、沸水堆和高温堆等.对大晶粒UO2芯块堆内、外性能的相关研究,为芯块制备、堆内性能预测、反应堆燃料元件设计以及燃料元件工业化生产提供了支撑.本文根据国内外关于大晶粒UO2燃料芯块的研究进展,系统总结了大晶粒UO2芯块微观结构、堆外热-力学性能、大晶粒UO2芯块堆内行为,介绍了不同掺杂类型大晶粒UO2芯块的性能,分析了大晶粒UO2燃料元件行为,并指出了大晶粒UO2芯块应用所面临的问题.     

四履带式海洋船用脐带缆张紧器设计

脐带缆是水下生产系统的关键组成部分之一,张紧器能起到固定脐带缆的作用而且可以控制脐带缆张力。为了使张紧器纵向尺寸不至于过大,且使作用在脐带缆的压强更小,在参考国外张紧器设计的基础上,提出了四履带式海洋船用脐带缆张紧器的总体设计方案,具有上履带总成可以向一侧转动打开,四轨道两侧调整等结构特点。在完成总体方案三维建模的基础上,对上履带翻转机构进行了可靠性分析。经反复研究和论证,总体设计方案可行。     

UN核芯TRISO包覆燃料颗粒性能分析

为分析致密热解碳层、内压等因素对TRISO包覆燃料颗粒热-力学性能的影响，基于多物理场耦合软件COMSOL建立了以UN为核芯的TRISO包覆燃料颗粒三维热-力学耦合模型，并通过IAEA CRP-6基准题进行了验证。利用本文模型对稳态运行及反应性引入事故（RIA）工况下典型TRISO包覆燃料颗粒的性能进行了分析，结果表明，正常运行工况下SiC层能维持结构完整性，但IPyC层存在失效风险，需进一步优化TRISO包覆燃料颗粒的设计方案，而RIA工况下热膨胀是造成TRISO包覆燃料颗粒发生结构失效的主要原因。该模型能对轻水堆运行环境下的TRISO包覆燃料颗粒进行复杂的多物理场耦合性能分析，为进一步优化FCM燃料元件设计打下基础。     

中空六棱柱燃料元件热-力学性能研究

中空六棱柱燃料元件在高温气冷堆方面有广泛应用,为研究中空六棱柱燃料元件的堆内性能,评价其失效概率,针对高温气冷堆用中空六棱柱燃料元件进行了热-力学行为分析,采用多物理场耦合的方法计算了中空六棱柱燃料元件的热-力学行为,分析了中空六棱柱燃料元件在较低中子注量条件下的温度场、变形、应力分布以及失效概率。结果表明,中空六棱柱燃料元件的最高运行温度约为1020 K,SiC基体的最大应力约为107.32 MPa、失效概率为3.52×10?4,SiC基体较低的失效概率保证了燃料元件的结构完整性。在较低中子注量下,中空六棱柱燃料元件的运行温度和应力均较低并且可以保证结构完整,具有良好的堆内运行状态。      

多物理场耦合TRISO颗粒堆内行为研究

三向同性燃料(TRISO)颗粒是高温气冷堆元件和弥散微封装燃料最核心的组成部分,在反应堆运行过程中,TRISO颗粒在辐照-热-力多物理场的作用下发生变形、产生温度梯度及颗粒内部裂变产物扩散等行为,为研究TRISO颗粒在高温气冷堆环境下的堆内行为,本文通过设置边界条件,定义燃料材料物性模型,建立了辐照-热-力耦合作用下TRISO颗粒的多物理场计算方法,应用三维有限元平台对TRISO颗粒的堆内行为进行分析。结果表明,TRISO颗粒核芯温度随核芯功率增大而增大,但相应的温度梯度绝对值变化较小;颗粒中疏松热解碳层(Buffer层)与内致密热解碳(IPyC)层产生间隙,且寿期末间隙尺寸随核芯功率增大而降低;TRISO颗粒中IPyC层受到较大拉应力,而SiC层只有在较高的核芯功率下,才会受到拉应力,且最大拉应力随核芯功率增大而增大,这导致高核芯功率下SiC层的失效概率达到2.2×10^-6。SiC层对¹¹⁰Ag、⁹⁰Sr、¹³⁷Cs等裂变产物具有优良的包容能力,在寿期末,SiC层以外几乎不存在裂变产物,这验证了T...     

基于MatLab的活塞式气动马达膨胀比的确定

通过对活塞式气动马达性能的数学模型分析,找出了影响马达性能的关键因子——膨胀比。建立合理的优化模型,应用MatLab软件实现算法,并得出优化结果;通过与优化前的数据进行比较,验证了该方法的可行性,为活塞式气动马达膨胀比的确定提供了理论依据。