核燃料颗粒化学气相沉积包覆铌层的热力学分析

燃料颗粒表面涂覆Nb层采用的是流态化化学气相沉积(CVD)技术。采用HSC Chemistry 6.0软件,对该工艺过程进行热力学模拟计算,分析各工艺参数对反应产物的影响。结果表明:提高沉积温度,有利于金属Nb的生成,并减少副产物的含量;随着氢气与NbCl5的摩尔比的增加,反应所得产物中的Nb含量也随之增加;Ar气也可以一定程度上影响平衡反应产物的组成,一定量的Ar气有助于金属Nb的生成,减少副产物。     

熔盐冷却球床堆热通道热工水力特性数值分析

基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)通用计算程序Fluent,研究了模块化熔盐冷却球床堆(Pebble Bed Advanced High Temperature Reactor,PB-AHTR)中心热通道稳态热工水力行为。利用已开发的多孔介质流固两相局域非热平衡模型计算了球床堆中的压降、冷却剂的温场分布以及固相球床的温场分布,计算并比较了不同的多孔介质阻力因子(Ergun与KTA)对通道内的冷却剂流动以及温场分布的影响,并对丧失部分冷却剂情况下通道内的冷却剂及燃料温度进行了计算分析。结果表明使用不同的阻力因子对堆芯压降计算结果和流场的分布影响较大;而冷却剂温场及固相球床温场和球心的温度分布在不同的阻力因子下的差别较小,在PB-AHTR的设计参数下堆芯产生的热量能够被有效的输出,设计具有较大的安全裕度。计算结果对于球床堆的优化设计提供了一定的参考价值。     

计算脉冲电子束辐照下能量沉积剖面的新方案

脉冲电子束辐照材料试验研究中,束流电子具有不同的速度和角度分布。但数值模拟计算一般都考虑电子束垂直入射靶材料,这可能导致数值计算结果与试验结果不符。针对该问题,提出了一种计算电子束辐照下能量沉积剖面的新方案,利用MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)软件对铝、铜、钽金属材料在电子束辐照下的能量沉积进行模拟,分析了电子束垂直入射与带有角度分布入射时能量沉积的差异,为解释电子束辐照试验测量数据与理论计算结果之间的差异提供了依据。     

杯式连续沉淀器中草酸亚铁的沉淀工艺

采用着色法研究了杯式连续沉淀器中流场形状与性质，并采用加入颗粒、即时沉淀反应生成颗粒两种方式考察了沉淀颗粒在中心涡流区域的分布与扩散情况。在26 ℃时，采用杯式连续沉淀器研究了料液的加料方式、搅拌速率、表观反应时间等因素对生成的草酸亚铁沉淀颗粒粒径分布和平均粒径、对连续沉淀器和搅拌桨表面颗粒粘结的影响。当草酸料液与硫酸亚铁料液均从杯式连续沉淀器中心涡流区域加入时，可以有效避免沉淀器内壁产生颗粒粘附、结块现象，且所生成的颗粒平均粒径较大，其中生成的粒径为2～5 μm和小于10 μm的颗粒所占比例较小。当搅拌速率在500～800 r/min时，提高搅拌转速不利于生成粒径为2～5 μm和小于10 μm的沉淀颗粒，而草酸亚铁连续沉淀反应的表观反应时间大于30.0 min时，沉淀颗粒的生长速率逐渐变缓。     

UO2核芯还原炉设计模拟研究

以N-S方程和k-ε湍流模型为基础,针对UO₂核芯颗粒制备过程中的焙烧还原炉设备,采用计算流体力学方法模拟考察了南非和国内正在使用的两种还原炉体设计及入流速度对内部流场的影响。从模拟结果中可发现,两种炉体设计均无法实现气流在轴向上的均匀分布,而是呈现出炉体顶部气量大、底部气量小的分布状态,这是导致颗粒还原不均匀的原因之一,且这种不均匀性随气速增加变化不大。在分析轴向压力变化影响径向气流分布的基础上对还原炉体进行了改进,提出了一种新型设计,模拟结果证实改进后的炉体设计能够实现径向气流在轴向上更为均匀的分布,因而可推定该新型炉体设计可使炉内不同轴向高度处的颗粒还原更加均匀。     

~(60)Coγ辐照加工产品剂量分布的蒙特卡罗模拟

对上海金鹏源(SHJPY)~(60)Coγ辐照装置进行数学建模,运用蒙特卡罗方法(MCNP),模拟计算辐照装置在装载0.1g/cm3的均匀产品情况下的剂量分布,软件模拟计算结果的统计误差控制在5%以内,模拟计算结果与实际0.1g/cm3产品剂量分布测试结果比较,发现偏差的绝对值在15%(多数在8%以下)以内,模拟计算与测量数据基本吻合,计算结果可以反应产品吸收剂量的分布规律。     

某型空间堆堆芯热工水力特性数值分析

本工作对某型空间堆堆芯内部热工水力不均匀特性进行了数值分析,针对不同工况下空间堆堆芯内部流动和传热特性尝试采用核热耦合方法进行数值模拟计算,首先使用六角形变分节块法三维全堆芯中子学扩散计算得到堆芯功率分布参数,然后对堆芯进行三维建模并导入商用CFD软件STARCCM+进行计算。数值模拟过程中,分析了稳态条件下堆芯径向功率分布不均匀性对内部流动和传热的影响规律;同时分析了当落棒事故发生时,堆芯轴向功率分布不均匀性对流场的影响规律。本研究基于核热耦合技术初步计算得到上述工况下的堆芯流体温度、速度、堆内最高温度点等参数分布,经过对计算结果的分析,获得了稳态工况及落棒事故工况下堆芯内部流动传热情况以及温度和速度三维分布的不均匀特性。     

10MeV工业辐照电子加速器GEANT4计算和工艺界面软件开发

利用GEANT4蒙特卡罗软件程序包,建立了10 MeV工业辐照电子加速器数学模型,并模拟计算了不同密度下均质产品剂量分布数据。结合Qt界面设计开发平台,对模拟数据进行C++编程计算,获得了各种产品密度、不同厚度单双面辐照剂量分布图及辐照不均匀度等参数。同时,利用Qt将产品辐照剂量与束下装置传送速度计算、日常工艺管理和剂量场分布数据绘图等功能界面化,研制了辐照工艺界面软件。经过产品剂量分布测试实验和对行业研究结果比较,验证了GEANT4模拟计算结果和工艺软件准确性。实验表明：计算和测试结果具有很好的吻合性。辐照工艺界面软件可以快速显示产品辐照效果及计算传送速度等主要工艺参数,为产品辐照工艺设计提供了有力工具。     

基于DEM的重金属颗粒流靶区输运过程研究

基于固体和液体散裂靶,近期国内外研究学者提出了一种新概念重金属颗粒流散裂靶。加速器驱动次临界系统(ADS)中重金属散裂靶在高能质子轰击作用下,出现能量沉积现象,而这些热量必须进行有效冷却以保证ADS的安全性。本文针对这种新概念颗粒流靶对靶区产生的高额热量的导出效果进行了模拟分析。首先采用蒙特卡罗程序计算450 Me V质子束轰击钨靶后能量沉积的空间分布,并将此作为颗粒流的体热源输入,基于计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)耦合方法对ADS靶区两种不同直径颗粒流的输运过程进行了模拟研究。结果表明,随颗粒直径的减小,靶区内温度分布更为均匀,颗粒流的流动特性更接近流体,颗粒导热性能增强;颗粒流靶中热应力可局限在单个颗粒内部而承受更高的能量沉积,具有更高的安全限值以及更广阔的应用前景。     

球床氟盐冷却高温堆堆芯热工水力模拟

本文对球床氟盐冷却高温堆堆芯热工流体现象进行了研究。采用计算流体动力学(CFD)方法进行了三维建模和计算,得到了燃料元件球表面温度分布和堆芯冷却剂速度场、温度场和压力的分布,验证了稳态工况下氟盐对堆芯的冷却能力,分析了氟盐的特殊热工流体力学性质对堆芯安全的影响,结果可用于球床氟盐冷却高温堆的初步设计。