快中子堆主壳顶盖环形空间自然对流的实验研究与数值模拟

快堆顶盖存在一些大小不同的环形空间,这些空间是由穿过顶盖结构的一次泵及热交换器构成的,并使环形空间内的氩气产生自然对流。用有机玻璃建造的实验台,模拟快中子堆主壳顶盖竖直环形空间,进行自然对流实验研究。同时,采用LVEL零方程湍流模型对自然对流进行了数值模拟,所获结果与实验数据基本吻合,表明该模型比常用的kε模型所得出的流型与文献中的和该实验的观测结果更加相符,也能够更加准确地预测环形空间内的温度场与速度场。     

中国实验快堆设计中的自主创新

通过对已经完成的中国实验快堆(CEFR)施工设计进行总结和提炼,全面概述了CEFR设计中体现自主创新的思想、方法、经验和成果,客观评价了作为我国第一座快堆的技术艰难性和创新性,并积极分析了所取得的自主创新成果的意义以及对我国快堆事业长期发展的重要性。     

中国实验快堆超功率瞬态分析研究

在核电厂的安全分析中,系统程序能够对多种事故瞬态进行瞬态分析。随着我国快堆技术的发展,在快堆系统程序的开发和应用等方面也做了一些工作。本文运用法国原子能委员开发的快堆系统分析程序DYN4G建立了中国实验快堆(CEFR)的系统模型,包括堆芯、一回路、二回路、汽水回路和事故余热排出系统,并计算了满功率下的稳态,与设计值进行了比对,同时完成了超功率事故的瞬态分析,并与《CEFR最终安全分析报告》中的计算进行了对比验证。计算结果表明程序能较好的模拟CEFR的稳态和超功率情况,为进一步开展CEFR的安全研究及钠冷快堆的安全分析打下了基础。     

CEFR在ULOF工况下的自然循环能力分析

自然循环能力是衡量钠冷快堆固有安全性的重要指标,堆芯布置、回路设计及工况参数等都会影响堆芯自然循环能力,因此不同堆型的自然循环能力有很大差异。为了保证堆芯事故得到有效缓解,中国实验快堆(CEFR)的设计中通过优化系统布置,重点考虑了堆芯自然循环。本文采用SAS4A程序对CEFR进行系统建模,分析了CEFR在无保护失流(ULOF)工况下的堆芯热工水力参数瞬态特性,验证了CEFR利用自身自然循环和负反馈设计进行事故缓解的能力,本文还对一回路流动阻力和二回路钠装量对堆芯自然循环的影响进行分析。计算结果表明,CEFR具有良好的自然循环特性,在ULOF工况下可以依靠其负反馈停堆,并能够建立起稳定的自然循环从而导出堆芯余热。     

中国实验快堆堆容器冷却系统全厂断电工况温度场分析

堆容器冷却系统是中国实验快堆(CEFR)-回路系统中的重要辅助系统之一,用于在各种工况下对反应堆堆容器进行冷却.本文利用国际通用的计算流体力学软件STAR-CD对CEFR堆容器冷却系统进行三维数值模拟,得到了在全厂断电事故发展过程中堆容器冷却系统的温度场和流场的瞬态分析结果,为相应部件的力学分析以及其它工况的分析提供了数据,对快堆优化设计和安全分析提供了重要的理论支持.     

快堆主容器内氩气空间传热实验原理及分析

本文研究了池式快堆主容器内氩气空间模拟实验的模拟准则及原理.根据模拟准则和对流换热方程组,研究了模拟实验装置需满足的物理相似和边界相似的条件,并对氩气空间的换热状况进行了计算,确定了实验装置的设计参数范围,从理论上解决了池式实验快堆钠池覆盖气体--氩气空间模拟实验装置的模拟问题.     

CEFR主工艺系统和设备的特点、设计和力学分析

中国实验快堆(CEFR)是我国第一座快中子反应堆,它的核岛主工艺系统是由我国引进技术,自主设计完成的,目前正在进行紧张的施工.本文简单介绍CEFR核岛主工艺系统和设备的主工艺特点、设计和力学分析过程中的问题和解决办法.     

中国实验快堆转运-清洗室的力学分析

转运-清洗室是中国实验快堆(CEFR)堆外换料系统中的主要设施,为反应堆换料操作提供一个安全可靠的密封和生物屏蔽空间,以保证操作人员的人身安全.本文采用数值方法对其进行力学分析.结果表明:CEFR转运-清洗室的力学性能满足规范要求.     

中国实验快堆二次中子源初步设计研究

正为满足中国实验快堆(CEFR)物理启动经济性需求,研究设计二次中子源替代堆内~(252)Cf源的可行性。选用Sb-Be二次中子源作为设计目标,借鉴压水堆及快中子增殖堆Sb-Be中子源成熟的运用经验及设计方案,参照CEFR相关物理参数,研究设计了几种Sb-Be二次中子源组件辐照方案。运用基于蒙特卡罗方法的MCNP程序模拟     

快堆三维瞬态反应性反馈计算研究

在处理快堆时空动力学计算的反应性反馈问题时，提出了一种反应性直接反馈的数学模型。结合快堆的反应性反馈机制，在快堆中子学软件NAS的基础上，给出一种在时空动力学计算中截面反馈与反应性直接反馈相结合的反馈模式。同时，将快堆并群系统加入到程序中，实现了在线并群。对中国实验快堆(CEFR)等温温升过程进行模拟，通过计算结果与CEFR温度反应性系数实验测量结果的对比，证明了本模型和程序的正确性。     

中国实验快堆空气热交换器热工流体力学研究

针对中国实验快堆事故余热排放系统空气热交换器的国内外研究现状,结合中国实验快堆工程建设的需要,建立了空气热交换器的数学模型,对其在自然循环条件下的热工流体力学特性进行了分析研究.     

具有导热的竖环形封闭腔内自然对流数值研究

以中国实验快堆堆坑为计算原型,采用有限容积法对具有导热的竖环形封闭腔内自然对流进行了二维层流稳态数值研究。数值计算结果表明：在相同Ra条件下,平均Nu随曲率的增加而增加,随纵横比的增加而降低,但在低Ra区,平均Nu几乎不随纵横比变化;在低Ra区,竖环形封闭腔内换热方式主要是导热,当Ra大于某一临界值后,腔内对流换热的作用显著增强,并随Ra的增大逐渐占据主导。     

快堆顶盖隔热保护装置传热性能的实验研究

通过实验研究了在液态金属快中子增殖堆中，主壳顶盖下部遮热体的组成形式对遮热体工作性能的影响。本文提出了一个考虑到使用经济性的遮热体组成方案，供建造我国第一座快中子堆（ＣＥＦＲ）时参考。另外，本文对取消遮热体而完全用强制对流冷却系统对堆顶盖施隔热保护的方案作了实验研究，给出了冷却流道平均Ｎｕｓｓｅｌｔ数计算公式，它对ＣＥＦＲ顶盖冷却系统的设计具有实用价值。     

Natural Convection Sodium Boiling Experiments in 37-Pin Bundle Geometry

Decay heat removal capability under boiling condition was studied using an LMFBR fuel subassembly mockup loop. The sodium flow was driven by natural convection through the loop in which was installed a 37-pin bundle heated electrically over a length of 45 cm.

The heat flux furnished by the pins was increased stepwise, upon which the two-phase flow regime changed from bubble to slug flow and then to annular or annular mist flow. Dryout occurred even in slug flow regime, but only momentarily, and permanent dryout was not observed before establichment of annular flow. A suitable criterion for permanent dryout is considered to be 0.5 average exit sodium vapor quality. The results indicated that upon occurrence of sodium boiling, the coolability of fuel subassembly would be maintained by natural convection after reactor shutdown.     

Further on integrator circuit analogy for natural convection

This research is an extension of the previous work on the development of an integrator (RC) circuit analogy for natural convection. This analogy has been proven experimentally as well as by numerical simulations. Additional Rayleigh-Bénard convection numerical simulations were performed to investigate ΔT (temperature difference between source and sink) dependence of the thermal resistance of a natural convection system. Our results suggest that analogous to voltage dependent resistor (VDR) in electrical engineering, ΔT dependent thermal resistance is observed in natural convection system. This ΔT dependent thermal resistance leads to a variable time constant. Moreover, this research also suggests that for a natural convection system, in addition to the thermal capacitance a kinetic energy capacitance also exists. The relative contribution of kinetic energy capacitance depends on Rayleigh number. These results provide significant step forward towards development of a new inexpensive modeling and transient analysis tool for a natural convection system.     

Three-dimensional simulation of the coupled convective, conductive, and radiative heat transfer during decay heat removal in an HTR

A three-dimensional model has been constructed to simulate the passive heat removal in a modular prismatic-block high temperature reactor during a loss of active cooling accident. This model, developed using the STAR-CD general computational fluid dynamics code, solves the combined conductive, convective, and radiative heat transfer within a 30° section of the core and reactor vessel. To accommodate the different spatial scales, it uses homogeneous equivalent media to represent the coolant flow and the prismatic fuel blocks. A customized procedure that manages solving alternatively the dynamic and thermal fields permits the computation of very long transients, which typically are performed for 100 or more hours of simulated time.The global methodology and specific modeling procedures are explained, and key points of the CFD analysis are highlighted. Next, the results of several calculations are presented, and the physical phenomena represented are described. Two commonly investigated loss of active cooling scenarios are considered: depressurized conduction cooldown and pressurized conduction cooldown. The results for these two scenarios are compared to assess the effect of heat transfer via internal natural convection – which is negligible during the depressurized event – on the thermal behavior of the system. In addition, the evolution of the natural convection flow through the core and in the annular spaces is examined and discussed.     

中国实验快堆额定工况下冷热钠池数值分析

应用计算软件STAR-CD对中国实验快堆(CEFR)正常运行工况中的额定工况进行了三维数值分析，使用多孔介质模型对屏蔽柱的影响进行了模拟，给出了冷热钠池的三维温度场和流场，与已有热工设计进行了比较，并着重分析了浮升力在数值模拟计算中的影响，为事故工况下的设备动态分析及相应的设备力学分析提供了数据。研究结果为CEFR的优化设计及事故分析提供了参考数据和技术支持。     

基于辐射-对流-传导热流固耦合模型的乏燃料贮运容器传热特性与优化研究

基于辐射-对流-传导的热流固耦合计算流体动力学（CFD）模型,对比不同放置状态、环境温度、容器内部填充介质和有无环形翅片情况下,各部件最高温度、自然对流流速、外表面辐射及对流功率的变化。结果表明,水平放置有利于强化环形翅片的对流传热;环境温度每升高10℃,燃料包壳温度增加6.5℃,外壁面温度增加8.3℃;燃料篮内部填充物由中子吸收板或铝块更换为氦气后,容器整体导热性能明显降低,容器内部温度升高,但容器壁面温度基本不变;如不考虑太阳暴晒,环形翅片可增加对流传热,使得容器整体温度降低;如考虑太阳暴晒,环形翅片会增加太阳暴晒能量的吸收,使容器整体温度反而比光滑壁面容器高;基于代数分析法和漫灰表面模型对CFD辐射模型进行验证,CFD辐射功率和公式法计算结果基本一致。      

双侧加热环形窄缝通道内单相水的流动传热特性研究

对环形窄缝通道内单相水在双面处于不同的加热热流密度情况下的对流换热特性进行了数值计算.计算结果表明,环形通道内、外壁加热热流密度比值的不同,对环形通道内、外壁与单相水的对流换热特性有着显著的影响.内、外壁面加热热流密度比值较小时,内壁的换热强于外壁的换热,随着内壁加热热流密度的增大,外壁的换热得到增强.但是,当内、外壁加热热流密度比值增加到一定程度时,外壁的对流换热特性将超过内壁的对流换热特性,与文献报道的实验结果一致.此外,环缝间隙的减小将导致环形通道的换热性能下降.