10MW级小型铅基反应堆功率展平分析

铅基反应堆在小型化方面具有独特的优势。为保证燃料元件的完整性,提高反应堆的安全性和经济性,反应堆功率分布需要进行展平。本文针对小型铅基反应堆开展功率展平分析。首先,分析了反应堆堆芯直径、反射层材料占比和燃料分区布置对功率分布的影响,结果表明堆芯直径对功率分布的影响相对较小,而反射层材料占比和燃料分区布置对功率分布的影响相对较大。然后,基于以上结论从反射层材料占比和燃料分区布置两方面对10 MW小型铅基堆CLEAR-M10进行功率展平设计,选择3cm的氧化铍与7cm的不锈钢作为反射层,堆芯燃料采用四区布置方式,燃料富集度沿堆芯径向由内到外依次为18%、18.5%、19.75%、17%。功率展平后的径向功率峰因子由1.55降低到1.13,满足热工限值,具有较好的安全性和经济性。     

PWR堆芯热工水力CFD仿真优化方案研究

压水堆(PWR)全堆芯采用计算流体动力学(CFD)技术进行仿真面临的问题较多。例如:堆芯网格缺乏精细化设计会导致仿真失真,而堆内大量复杂结构区的精细化设计与方案筛选需占用大量时间;PWR全堆芯CFD仿真需超600亿的巨量网格,致使仿真需要大量的计算资源与时间。针对这些问题,设计了多湍流模型分段应用、几何简化与仿真修正方案,保证了仿真优化的准确度,并显著降低计算量与时间。     

铅基全陶瓷微封装弥散燃料堆芯概念设计初步研究

为了充分利用全陶瓷微封装弥散燃料(FCM)的耐事故特性,进一步提高铅基反应堆的安全性,将FCM应用于铅基冷却剂反应堆中,给出了铅基FCM堆芯的初步概念设计,并与传统铅基UO₂燃料堆芯在燃料装量、燃料利用率、能谱及反应性等方面进行了对比分析。对比结果表明,FCM对堆芯能谱有少量的慢化效果,同时需采用高富集度UO₂燃料核芯以保证堆芯235U装量满足能量输出需求,采用FCM堆芯235U装量较UO₂堆芯有相应降低,燃料利用率进一步提高。最后对铅基FCM堆芯布置进行功率展平优化,通过径向FCM相体积分区对堆芯功率进行了展平。计算结果显示,堆芯功率峰因子(F_Q)由2.43降低至1.93,堆芯核焓升因子(FD_H)由1.79降低至1.33。     

中国先进研究堆全堆芯扩散计算

基于物理启动、同位素生产以及空间燃耗不同考虑的全堆芯模型,采用少群扩散方法对中国先进研究堆(CARR)堆芯进行计算。通过对选定的换料方案进行堆芯第1～3炉的临界计算,得到了各炉初/末期的反应性、中子注量率以及功率分布。并且采用隐式燃耗方法模拟了CARR堆芯燃耗过程,得到了堆芯燃耗分布,分析了堆运行过程中产生的裂变产物份额并给出了中毒反应性效应。确定了CARR的基本物理特性参数,完成了CARR物理详细设计工作,为CARR最终安全分析报告的编写以及将来的运行提供必要的数据。     

基于自主运行的热管反应堆启堆过程研究

热管反应堆（HPR）的应用对无人自主运行技术提出了迫切需求，将自主运行技术应用于HPR，可实现状态感知、趋势预测、策略优化；能够有效避免人因失误；提升HPR技术性能、拓展核动力应用领域。以MegaPower热管堆为研究对象，以HPRTRAN程序为分析工具，针对热管堆运行过程中的重要组成——HPR启堆过程开展基于自主运行的研究，建立了适用于HPR启堆的、由监测诊断层-预测层-决策层组成的自主运行框架，初步开发了HPR自主运行系统。研究结果表明，自主运行系统预测结果准确性较高，决策方案较为科学且具备一定可行性。相关研究成果可为后续全面实现HPR无人值守自主运行奠定基础。     

基于CPSO滚动优化的堆芯功率自适应预测控制

针对核反应堆变功率过程中系统的非线性和反应性增量约束问题,本文将具备模型参数自适应辨识能力的改进型广义预测控制器(JGPC)应用于堆芯功率控制,该控制器通过预测模型参数和递推关系计算未来时刻的预测输出值,同时采用经正弦混沌策略和非线性惯性权重改进的混沌粒子群算法(CPSO)进行滚动优化,在优化过程中通过设定优化边界和混沌策略来处理反应性约束;以堆芯功率的受控自回归积分滑动平均模型(CARIMA)作为预测模型,并采用遗忘因子递推最小二乘法(FFRLS)自适应辨识模型参数,以克服堆芯功率模型非线性。基于MATLAB平台对本文控制器进行仿真验证,结果表明,该控制器在满足约束条件的情况下,能使堆芯功率快速、稳定地跟随设定值,且具备一定的抗干扰能力。     

基于CPSO滚动优化的堆芯功率自适应预测控制

In view of the nonlinear and reactive constraint of nuclear reactors in the process of variable power, this paper proposes an improved generalized predictive control (JGPC) for core power control. The JGPC calculates the predicted output value by predicting the model parameters and recursive relationships. At the same time, chaos particle swarm optimization (CPSO), which is improved by the sinusoidal chaos strategy and nonlinear inertia weight, is applied to the rolling optimization of JGPC. In the process of optimization, the reactive constraint are dealt with by setting optimization boundary and chaos strategy. The controlled auto-regressive integral moving average (CARIMA) model of core power is established as the JGPC prediction model, and the forgetting factor recursive least squares (FFRLS) method is used to identify the model parameters online. The JGPC controller is simulated and validated based on MATLAB platform. The results show that the controller can make the core power follow the set value quickly and steadily under the condition of satisfying the constraint, and has a certain anti-interference ability.     

卧式铅铋堆芯氧化腐蚀特性研究

为开展卧式铅铋堆芯氧化腐蚀特性研究,本研究建立液态铅铋氧化腐蚀模型,并基于计算流体动力学方法,运用输运方程源项自定义方法实现耦合计算。研究表明,基准工况下堆芯燃料棒表面氧化层最厚位于出口位置处,中心位置燃料棒表面氧化层厚度显著高于靠近燃料组件盒燃料棒表面氧化层。10000 h后中心位置燃料棒表面仍保持双层氧化层结构,双层氧化层平均总厚度为1.32μm。本研究提出了铅铋堆芯氧化腐蚀特性数值模拟研究方法,能够用于铅铋堆芯氧化腐蚀的预测。     

基于系统工程方法的HPR1000应急堆芯余热排出系统设计研究

为进一步提高核电厂的经济性与竞争力,基于系统工程方法,针对"华龙一号"核电机组(HPR1000)应急堆芯余热排出系统开展设计研究,综合考虑安全性、经济性以及技术成熟度等要求,以核电厂工程应用和核电厂整体技术指标最优为目标,构建系统评估指标体系,并运用层次分析法(AHP)分析应急堆芯余热排出系统的最优化设计方案。研究表明,取消汽动辅助给水系统,将非能动余热排出系统(PRS)的功能扩展至缓解预计运行事件和设计基准事故可能是HPR1000应急堆芯余热排出系统更为优化的方案。     

基于径向基代理模型与小生境遗传算法的铅铋反应堆堆芯智能优化

为解决铅铋反应堆多因素耦合影响下的复杂非线性多维优化问题,构建了基于径向基（RBF）代理模型预测、正交拉丁超立方抽样（OLHS）和小生境遗传算法（NGA）寻优的堆芯智能优化方法,开发了包含抽样、蒙卡程序耦合处理、堆芯参数预测寻优等功能的铅铋反应堆设计优化平台,并以堆芯最小燃料装载量为优化目标进行方案寻优验证。研究结果表明:RBF代理模型可准确快速地预测铅铋反应堆堆芯特性参数,与蒙卡程序计算值比较,其预测的堆芯有效增殖因子（k_eff）相对误差在±0.1%以内;该智能优化方法应用于铅铋反应堆堆芯优化是可行的,能找到多因素共同变化约束下的最优目标方案,且极大缩减了设计方案的搜索计算时间。本研究建立的堆芯智能优化方法可为铅铋反应堆多物理、多变量、多约束耦合影响的优化设计提供思路。      

遗传算法在HFETR堆芯优化设计中的应用

研究遗传算法在HFETR堆芯优化设计中的应用。计算程序中部分参数采用岷江试验堆堆芯优化程序中已采用的参数，计算方法上引入了对称变异算子与虚拟堆芯技术。虚拟堆芯技术的引入减少了获得优化方案的计算时间，而对称变异算子的应用增加了优化方案的工程实用性。从优化结果可以看出，转换比与同位素总产量都可提高10％以上，优化堆芯装载方案对称实用。满足工程要求。     

基于遗传算法的钠冷快堆堆芯流量分区优化设计方法

钠冷快堆采用封闭组件,流量分区是实现堆芯出口温度展平的重要途径。传统的流量分区优化设计方法的计算量随组件数的增加呈指数增长,不适用于解决大型问题。本文建立了流量分区设计的最优化模型,并设计了基于最优个体保存策略的遗传算法,以燃料最高温度限值和包壳温度限值为边界条件,搜索出使活性区平均出口温度最高以及活性区总流量最小的最优流量分区方案,为解决大型钠冷快堆堆芯流量分区优化设计问题提供了新的途径。     

Optimized Design Method for Core Flow Zoning of Sodium-cooled Fast Reactor Based on Genetic Algorithm

Sodium-cooled fast reactors use closed assemblies, and flow zoning is an important means to achieve core outlet temperature flattening. The calculation amount of the traditional flow zoning optimization design method increases exponentially with the number of fuel assemblies, which is not suitable for solving large-scale problems. In this paper, an optimization model for flow zoning design was established, and a genetic algorithm based on the optimal individual preservation strategy was designed. The maximum fuel temperature limit and cladding temperature limit were used as the boundary conditions to search for the optimal flow zoning solution. The average outlet temperature of the active zone is the highest, and the total flow of the active zone reaches the minimum. It provides a new approach to solve the core flow zoning optimization design problem of large-scale sodium-cooled fast reactor.     

基于模拟退火算法的操纵器排列优化

为解决操纵器排列中采用经验法存在的排列依据难以追溯、排列结果因人而异的问题,本文提出了基于模拟退火算法的操纵器排列优化方法。研究中以操纵器的重要性、使用频率和操作次序工效学排列原则作为模拟退火算法的优化变量,以操纵器综合权值的倒数作为优化目标函数,建立了基于模拟退火算法的操纵器排列优化数学模型,并进行实例研究,得到确定的排列结果。研究表明,该方法的排列依据科学,排列过程可追溯,排列结果最优。     

基于混合遗传算法的稳压器优化设计

本文建立了电加热式稳压器容积及重量计算的数学模型,编制了相应的计算机程序,在此基础上,对稳压器容积及重量受一回路运行压力和反应堆冷却剂出口温度影响的敏感性进行了分析。在选取合理的优化变量及约束条件后,利用混合遗传算法对稳压器重量进行了优化设计,计算结果显示,与原方案相比,采用优化方案后稳压器重量减小了153%,优化效果显著。     

基于遗传算法的核反应堆辐射屏蔽优化方法研究

基于遗传算法,对核反应堆辐射屏蔽设计的单设计目标和多设计目标优化问题展开了研究。基于"萨瓦娜"号核动力船辐射屏蔽问题的测试,验证了单设计目标和多设计目标辐射屏蔽优化设计方法的有效性和正确性,为未来核反应堆的辐射屏蔽的优化设计提供新的技术手段。     

基于蚁群算法的小型铅基堆堆芯功率控制研究

小型铅基堆适用范围广、运行工况复杂多变,采用传统的控制方法难以实现堆芯功率的良好控制。为解决传统线性二次高斯控制（LQG）/回路传输恢复技术（LTR）控制器参数无法实现在线调整问题,采用微扰理论建立堆芯状态空间模型,设计一种基于蚁群算法的LQG/LTR控制器,建立小型铅基堆堆芯功率控制系统,实现了LQG/LTR控制器参数在线调整,并开展了堆芯动态仿真研究。结果表明,基于蚁群算法的LQG/LTR控制器相较于传统LQG/LTR控制器更易达到稳定,且变化幅值更小。