快堆燃料组件管脚开孔孔径选型水力实验研究

管脚位于快堆燃料组件入口处,其结构尺寸直接决定了进入燃料组件内部的冷却剂流量,对于燃料组件压力损失、流速分布等流体力学行为均有重要影响。目前关于燃料组件的相关研究多集中于棒束区热工流体力学特性,管脚段研究较为缺乏,且尚无明确的选型标准,故在工程实践之前,有必要进一步研究快堆燃料组件管脚的流体力学特性,完善选型标准,为结构设计提供参考。本文通过水力实验,研究了不同开孔孔径的燃料组件管脚对应阻力系数分布、流量与压降对应关系等流体力学性能。结果显示,管脚开孔孔径直接决定了冷却剂钠的质量流量与压降对应关系,可以通过改变管脚开孔孔径调节进入不同分区的燃料组件入口流量,使之具有大致相等的压降;本文引入了管脚收缩系数这一无量纲数,提出与管脚结构参数有关的阻力系数经验关系式,用于快堆燃料组件管脚阻力系数及压降的一般估算;基于设计要求的压降与开孔流速限值,本文给出了快堆燃料组件管脚开孔孔径选型推荐方案,供相关实验或工程参考。     

几何结构对快堆控制棒组件管脚流动特性的影响

控制棒组件是快堆的重要安全构件，其管脚几何结构对于流动特性具有显著影响。通过水力实验研究了板式节流件管脚的流动特性，并对流体-结构耦合数值模拟方法进行了验证。结果显示：减小节流板厚度、增加连杆直径均可提高管脚节流能力；无量纲厚径比Ha=0.5、连杆直径20 mm的板式节流件管脚具有最优的流动特性。针对板式节流件管脚在实验中存在的缺陷，提出了孔板节流件作为替代方案，经验证，两类管脚速度、压力分布基本一致，该替代方案可行。     

快堆燃料组件少孔式管脚替代方案水力实验研究

工程中广泛应用的多孔式管脚在流动特性调节、加工精度方面存在一定缺陷。本文提出了少孔式管脚替代方案，通过水力实验，对比研究了多孔式与少孔式两类管脚的阻力系数分布、流量与压降对应关系等流动特性。结果显示：ø12.0 mm的少孔式管脚与ø6.2 mm的多孔式管脚具有几乎相同的流动特性，均满足设计需求，本文提出的少孔式管脚替代方案可行；少孔式管脚具有更高的流动特性调节效率。本文给出了管脚阻力系数与其结构尺寸间的经验关系式，可供相关实验或工程参考。     

间距对快堆燃料组件迷宫密封结构性能影响的数值模拟

本文采用计算流体动力学（CFD）方法针对直角梯形齿迷宫密封结构进行了三维数值模拟，对比研究间距对密封性能、流场分布、压力场分布、流速控制的影响，并在最佳间距尺寸下分析了偏心度对密封性能的影响。结果显示：扩大迷宫密封结构间距可有效减少漏流量、提高密封性能，并实现较好的流速控制，还可明显改善近壁面处的流动性能，强化对燃料组件外壁面的冷却；当间距超过3.02 mm时，密封性能提高有限，说明间距超过一定限值时，不能继续通过扩大间距提高迷宫密封结构密封性能，需在结构设计与工程应用中选择合理的间距尺寸；偏心现象导致迷宫密封结构流域内流速、压力分布不均匀，且随偏心度的增大不均匀现象有扩大的趋势，不仅对密封性能产生不利影响，还使得燃料组件振动加剧。     

高温气冷堆非能动舱室冷却系统排热功率计算分析

非能动舱室冷却系统(RCCS)是模块式球床高温气冷堆(HTR-PM)的重要安全设施，准确预测事故工况下其与反应堆压力容器间的传热量对于RCCS设计具有重要意义。本文依托HTR-PM热态调试阶段反应堆压力容器壁面温度分布，采用计算流体动力学(CFD)方法，开展了RCCS全比例三维辐射传热及对流换热模拟。结果显示，Realizable k-ε湍流模型与Discrete Ordinates辐射传热模型可准确预测RCCS的排热功率，数值结果与测量结果相对误差在10%左右。基于THERMIX程序计算得到的事故工况后反应堆压力容器壁面温度分布，计算分析了投入不同列数RCCS及不同冷却水温度下的排热功率，并给出了不同工况时水冷壁与混凝土温度分布计算结果。