弥散型燃料等效弹性性质的有限元模拟

弥散型核燃料元件在反应堆中的安全和可靠性与元件芯体的等效力学性能密切相关.本研究采用细观力学的方法,假设芯体中的燃料颗粒在基体中周期性排列,从中取出代表性体积元,运用有限元方法计算弥散型燃料在不同温度和颗粒体积含量下的等效弹性模量.分析比较了颗粒的体积含量和分布形式对弥散型燃料等效弹性性质的影响,并在颗粒随机排列时,将...     

弥散型核燃料热导率计算模型研究

弥散型燃料热导率是反应堆安全分析和燃料元件性能评估中的重要参数。本文基于多孔物体热导率理论,考虑基体中弥散颗粒分布相关性的影响,建立弥散型燃料热导率的计算模型,并初步验证了模型的合理性,在此基础上研究了孔隙率、燃料相体积分数以及燃料相/基体热导率比对弥散型燃料热导率的影响。结果表明:弥散型燃料热导率随燃料相体积分数和孔隙率的增加而降低;燃料相与基体热导率之比越大,燃料相体积分数对热导率的影响越小。      

弥散颗粒对中子学计算影响的初步分析

弥散颗粒燃料是一种先进的燃料元件形式,双重非均匀性是它的固有特性。本文基于弥散型燃料,使用MCNP程序对不同燃料颗粒直径、燃料富集度、燃料相体积、可燃毒物颗粒直径和可燃毒物类型的板栅元进行了分析,研究了双重非均匀性对中子学计算的影响,指出双重非均匀性在一定的尺寸下,对于纯燃料芯体板栅元影响较小,对含有弥散可燃毒物的板栅元影响较大,在反应性计算、临界安全分析时必须加以考虑。     

弥散颗粒燃料及可燃毒物双重非均匀特性初步研究

弥散颗粒燃料及可燃毒物由于其固有安全性及自屏效应而被广泛关注,但其双重非均匀性为中子学计算带来挑战。为了研究弥散颗粒系统的双重非均匀性大小,评价体积均匀化方法的适用性,本文针对弥散不同类型、不同相体积、不同颗粒尺寸的颗粒以及不同富集度燃料基体的栅元系统进行了分析,评价栅元系统的颗粒模型与体积均匀化模型在零燃耗下的反应性偏差。分析结果显示,对于弥散燃料颗粒,体积均匀化方法的计算偏差随弥散颗粒尺寸的增加、燃料富集度的增加、以及弥散颗粒相体积的减小而增大;对于弥散可燃毒物颗粒,体积均匀化方法的计算偏差随弥散颗粒的颗粒尺寸的增加、基体燃料富集度的减小、弥散颗粒相体积的增加、以及弥散颗粒吸收截面的增大而增大。同时本文给出了弥散颗粒的双重非均匀性大小的大致顺序,针对双重非均匀性最小和最大的两种毒物颗粒也进行了详细分析,给出了是否需要考虑其双重非均匀性的大致判定条件,为弥散颗粒系统的数值计算提供指导。     

气冷堆用棱柱型弥散微封装燃料性能分析及优化研究

棱柱型弥散微封装燃料是将三重各向同性包覆（TRISO）燃料颗粒弥散于金属或陶瓷基体形成的颗粒增强复合燃料,具有良好的结构稳定性、裂变产物包容能力和辐照稳定性,是高温气冷堆中较具发展前景的燃料形式之一。本文提出将TRISO燃料颗粒弥散于SiC基体的棱柱型弥散微封装燃料设计方案,并基于有限元分析软件COMSOL建立了该燃料元件三维热流固耦合分析模型,初步实现了该燃料元件性能分析和优化设计。结果表明,棱柱型弥散微封装燃料元件的温度最大值位于燃料元件外侧,应力峰值位于冷却剂通道壁面,边距比为0.76~0.84、孔距比为0.68~0.75时燃料元件热应力最小。本文建立的棱柱型弥散微封装燃料性能分析方法和研究结论,可为后续该型气冷堆燃料元件设计提供指导和参考。      

基于断裂强度的陶瓷燃料颗粒开裂模型

基于陶瓷燃料断裂强度建立弥散型燃料中陶瓷燃料颗粒开裂行为的数学模型。以铜基弥散型燃料为例,通过计算预测燃料颗粒的开裂温度与燃耗的关系,分析基体金属、环境约束、燃料相的体积、燃料颗粒尺寸对开裂温度的影响,探讨提高燃料颗粒开裂温度的途径。结果表明,燃料颗粒开裂温度与燃耗深度近似呈幂律关系,随燃料相体积的增加近似直线下降;裂变气体气孔率和孔径的增加利于提高颗粒的开裂温度。     

弥散颗粒型燃料特征线方法输运计算研究

弥散颗粒型燃料的中子输运问题因其特有的随机性和双重非均匀性难以直接使用现有输运方法进行求解。Sanchez-Pomraning方法借助更新方程,对特征线方法进行改进,使其能应用于弥散颗粒型燃料的输运计算中。本文对二维圆柱形弥散颗粒燃料输运问题进行了计算,数值结果表明：程序在不同颗粒填充率、不同颗粒尺寸、燃料颗粒与毒物颗粒共存的问题下均能保证较好的计算精度,反应性特征值绝对偏差大多低于100 pcm,仅在QUADRISO毒物颗粒填充时绝对偏差达到163 pcm。本文方法能满足弥散颗粒型燃料的输运求解要求,为新型燃料的设计研究工作提供了可靠的结果。     

高体积份额下包覆颗粒弥散燃料等效热学模型

准确预测核燃料的内部温度场分布，对于多层包覆颗粒弥散核燃料元件的设计及筛选具有重要的指导意义。在多层包覆颗粒及其弥散块体的等效热导率模型基础上，本文针对高体积份额情况分析建立了等效传热计算方法及其数值模型，并研究了燃料颗粒的空间分布、颗粒尺寸、团聚等因素对核燃料元件温度场的影响。本研究有助于理解多层包覆颗粒弥散核燃料元件的微观-宏观传热机制，为核燃料的设计、优化和安全分析提供了分析工具。      

改进弦长抽样方法开发及在弥散燃料蒙特卡罗模拟的应用

弥散型燃料广泛应用于高温气冷堆、事故容忍燃料、实验研究堆及核动力舰船等,是重要的燃料类型之一。弦长抽样(CLS)方法可简化弥散燃料几何建模,提高计算效率,然而传统CLS方法只能描述单种颗粒的填充,同时在高体积填充率时误差较大。针对CLS方法的两大问题,本文在自主化堆用蒙特卡罗程序RMC中开发了改进CLS方法,并应用于全陶瓷微胶囊封装燃料棒算例及含毒物颗粒的高温堆燃料球算例。计算结果表明,改进CLS方法可解决多种颗粒混合填充的问题,并且可保证体积填充率的准确性,为弥散燃料的临界及燃耗计算提供了高效、精确的方法。     

U_3Si_2Al弥散型燃料的辐照肿胀研究

介绍了U3Si2 Al弥散型燃料的辐照肿胀机理。将弥散型燃料的芯体视为连续基体中的微型燃料元件 ,应用裂变气体的行为机理描述燃料相中的气泡形成过程。研究结果表明 :燃料相的肿胀引起燃料颗粒和金属基体之间的力学相互作用 ,金属基体能抑制燃料颗粒的辐照肿胀。在一定辐照条件下 ,本模型对燃料元件辐照肿胀的预测值与测量值相符     

梁单元与壳单元在固有振动计算中的比较

分别采用ANSYS中的beam188单元和shell63单元对圆筒形结构进行有限元建模,利用APDL语言编制了程序,计算了长径比为4～20的圆筒形结构的自由振动特性,对固有频率和模态进行了分析.结果表明,对于长径比>10的筒形结构,采用ANSYS中以Timoshenko梁为基础的单元基本可以满足要求;对于长径比<6的筒形结构,需根据工程实际,采用更接近结构实际情况的单元(如壳单元或体单元)建立模型,以提高计算结果的准确性.     

RBS法测量重元素衬底上轻元素薄靶厚度的方法研究

在核反应实验中,靶厚的精度往往会直接影响实验结果的可靠性。为精确测量重元素衬底上轻元素薄靶的厚度,本文通过卢瑟福背散射(RBS)法,使用能量1.5 MeV的质子束对蒸镀在300 μm厚¹⁸¹Ta衬底上薄⁷⁴Ge靶的厚度进行了测量。RBS法测量结果与称重法相差较小,但信噪比从1∶2 000提升到1∶12,靶厚相对不确定度由10%减少到5%左右。同时采用SIMNRA软件对测量结果进行了模拟验证,模拟能谱与实验能谱符合较好。通过RBS法测量重元素衬底上轻元素薄靶的厚度,尤其当重元素衬底的质量远大于靶物质时,可有效提高测量结果的信噪比及不确定度,为核反应实验的分析提供了较好的依据。     

高温气冷堆燃料元件发展现状和趋势

本文介绍了高温气冷堆燃料元件的发展历史，现状和趋势。经过３０多年的研究和发展，燃料元件的设计，制造工艺和质量鉴证技术已相当成熟，燃料元件可在１２５０℃长期工作。２１２０００个ＴＲＩＳＯ颗粒辐照试验的时没有一个破损，１６００℃下辐照后退火５００ｈ，阻挡裂变产物释放的能力没有下降。     

Application of Hexagonal Element Scheme in Finite Element Method to Three-Dimensional Diffusion Problem of Fast Reactors

The finite element method is applied in Galerkin-type approximation to three-dimensional neutron diffusion equations of fast reactors. A hexagonal element scheme is adopted for treating the hexagonal lattice which is typical for fast reactors. The validity of the scheme is verified by applying the scheme as well as alternative schemes to the neutron diffusion calculation of a gas-cooled fast reactor of actual scale. The computed results are compared with corresponding values obtained using the currently applied triangular-element and also with conventional finite difference schemes.

The hexagonal finite element scheme is found to yield a reasonable solution to the problem taken up here, with some merit in terms of saving in computing time, but the resulting multiplication factor differs by 1% and the flux by 9% compared with the triangular mesh finite difference scheme. The finite element method, even in triangular element scheme, would appear to incur error in inadmissible amount and which could not be easily eliminated by refining the nodes.     

HFETR燃料元件破损检查

本文介绍了 U-Al 合金燃料元件首次堆外破损检查方法和用 Ge(Li)γ 谱仪测量结果.分析测量的裂变产物有~(95)Zr、~(95)Nb、~(103)Ru、~(131)I、~(141)Ce 等,检查出破损元件一盒.     

球形燃料元件探测器的研制

１０ＭＷ高温气冷堆为氮气冷却，石墨慢化的核反应堆，球形石墨燃料元件松散堆积在堆芯中。反应堆运行期间，燃料元件的输入，再循环和卸出由燃料装卸系统完成。燃料元件输送和缓冲管段充满程度的监控由燃料元件探测器和其他测量仪器完成。本文介绍了以感应线圈为敏感元件的工探测器的工作原理及特性，电桥载波频率为３０ｋＨｚ时，传感器灵敏度最高，经对桥式探测器的实验表明，该探测器分辨率高，计数可靠，可满足１０ＭＷ高温气冷     

换热器传热管固有振动的罚单元有限元计算方法

罚单元的有限元法可以有效地处理换热器中传热管与折流板之间的约束联结。本文提出了在局部斜坐标系下建立管（梁）与板在联结点处的约束方程，并通过引入伪节点应变和应力，推导了罚单元的单元刚度阵，通过推导证明了采用罚单元的方法，约束方程可以得到近似满足。本文提出的方程扩大了罚单元对复杂联结情况的描述，也避免了在整体坐标下建立约束方程的复杂性。通过对一个多圈螺旋式传热管固有振动的计算，证明了本方法的有效性。