池式研究堆跟随燃料组件冲击载荷实验研究

进行了该型控制棒驱动机构驱动线跟随燃料组件的冲击载荷实验后,分析了冲击载荷实验数据,得到了多种快速落棒工况下跟随燃料组件的冲击力和冲击加速度与时间等参数的关系,研究了影响冲击力、冲击加速度的因素,得出了冲击力最大值的变化规律。结果表明:池式研究堆可移动线圈电磁驱动机构驱动线的跟随燃料组件能承受冲击载荷的作用,符合反应堆运行要求。     

新型控制棒可动线圈电磁驱动线落棒试验

为检验新型控制棒可动线圈电磁驱动线的综合性能,进行了该控制棒驱动线的落棒试验.测量了密封筒内的衔铁及筒外的可动电磁线圈之间的跟随特性、断交流和断直流状态下的快速落棒时间,并对控制棒导向管和控制棒组件之间摩擦方式变化时落棒时间的变化、球阀对控制棒驱动线落棒时间的影响等进行了研究,得到了该控制棒驱动线在不同状态下的落棒时间以及影响快速落棒时间的综合因素等试验数据.试验研究结果可为该驱动线的调试及安全运行提供借鉴.     

控制棒驱动机构步进运动特性研究

控制棒驱动机构步进运动由钩爪组件的提升衔铁在竖直方向上升和下降的交替运动实现。通过对控制棒驱动机构步进运动进行分解,采用有限元方法建立电路-磁路-机械运动耦合的动态计算模型,对控制棒驱动机构步进运动过程中电磁力、电流、位移和时间关系进行研究,得到步进运动的提升时间、下降时间、衔铁吸合时电流和电磁力等运动特性参数。     

海洋条件下控制棒驱动线落棒行为动力学仿真研究

反应堆控制棒驱动线是执行反应堆安全控制功能的重要部件,包含了控制棒驱动机构、控制棒组件及其导向系统,是堆内唯一具有相对运动的结构设备。在海洋条件下,受风力和海水流动的影响,浮动式核电厂驱动线的工作环境更加复杂。落棒时间是驱动线设计考核的重要指标,影响落棒时间的主要因素包括:重力、浮力、流体阻力、机械摩擦力等。本文采用理论建模联合软件仿真的研究思路,得到应用于海洋条件下控制棒驱动线仿真研究的方法。通过仿真结果与试验数据的对比,验证了所得方法的合理性。     

研究堆跟随燃料组件抗落棒冲击寿命考验研究

在跟随燃料组件抗落棒冲击荷载研究的基础上,对跟随燃料组件抗落棒冲击进行了寿命考验研究,其内容包括跟随燃料组件抗落棒冲击寿命考验前的完整性检查,300次抗落棒冲击寿命考验,以及寿命考验后的完整性检查.研究结果表明:控制棒可移动线圈驱动线上的跟随燃料组件设计和结构合理,使用寿命能够满足设计要求;跟随燃料组件在设计寿期内不影响整个驱动线的性能,其可靠性良好.     

控制棒驱动机构运动过程的联合数值仿真研究

控制棒驱动机构运动过程是电磁场-流场-运动场相互耦合的复杂动态过程,无法通过静态方法或单项技术进行准确的计算。使用Magnet软件、Fluent软件和Adams软件进行了电磁仿真分析、流场分析和多体动力学分析的耦合计算。综合考虑了重力、电磁力、水阻力和弹簧力在控制棒驱动机构步跃过程中的作用,定量计算了电磁力、水阻力、运动件位移与速度等运动特性,以及步跃载荷。通过与试验值对比,计算得到的移动磁极吸合时间、临界吸合电流和步跃载荷值与试验值较为吻合,证明了控制棒驱动机构运动过程的联合仿真分析是一种有效的动态分析方法。      

控制棒组件在流体环境中下落时所受阻力的计算

基于流体力学和边界理论,探讨了控制棒组件在下落过程中所受的流体阻力。对控制棒组件的3种部件－－控制棒束、驱动杆、星形爪在下落时所受的流体阻力分别按SU／PG迎风修正的有限元数值方法及基于边界层理论的近似解析法进行求解,完成了控制棒组件下落过程的时程分析,并得出该组件的下落参数（位置和速度）与瞬时流体阻力的关系。     

磁悬浮控制棒驱动线性能试验研究

为了测试磁悬浮控制棒驱动线的特性,验证其性能的稳定性和可靠性,进行了驱动线的综合性能研究。通过运行特性试验,得到控制棒驱动机构及驱动线的静态、动态性能参数;通过运行寿命考验,验证控制棒驱动线的稳定性、可靠性,并对其综合性能进行检验。     

可移动线圈电磁驱动控制棒快速落棒实验研究

可移动线圈电磁驱动机构是一种新型的反应堆控制棒驱动机构.对该型控制棒驱动机构本文进行了快速落棒实验,得到了各种工况的落棒时间和特性.还分析了造成落棒特性差异的原因,总结出了快速落棒的规律.结果表明:控制棒可移动线圈电磁驱动机构样机断交流时的落棒时间比断直流的时间长;控制棒落棒时间随着配重的增加而缩短;断电后电磁线圈中的剩余电流对落棒时间有较大的影响,断交流比断直流时的落棒时间增加300～700ms     

磁悬浮式控制棒驱动机构静水转向性能研究

在中国先进研究堆(CARR)调试阶段,发现其控制棒驱动机构在转向过程中存在驱动线圈与控制棒运动不同步的现象。为掌握控制棒驱动机构的转向性能参数,在静水条件下进行了控制棒驱动机构转向性能测试试验。试验表明:驱动线圈与控制棒运动不同步是磁悬浮式控制棒驱动机构的固有特性;棒位、棒速和驱动线圈通电电流大小等因素对静水条件下转向性能影响不大,且四组驱动机构静水条件下转向性能具有一致性。     

钠冷快堆控制棒分段设计研究

在钠冷快堆中,反应堆运行时的反应性补偿和停堆安全主要由控制棒来实现。当前的钠冷快堆设计中,一般含有安全棒、补偿棒和调节棒。其中,补偿棒中10B的富集度较高,使补偿棒的燃耗较高,且发热量较大,并造成周围燃料组件功率峰因子偏大。本文提出一种分段设计方案,可用于改进上述缺点。该方案相比于传统方案,控制棒发热减小约30%,控制棒燃耗减小50%,并能有效改善周围燃料组件的功率峰因子,控制棒更换周期可提升1倍。     

Research on Segment Design of Control Rod in Sodium-cooled Fast Reactor

In sodium-cooled fast reactors, control rods are commonly used to compensate for the excess reactivity and shut down the reactor. The traditional sodium-cooled fast reactor design consists of the safety rod, shim rod and regulating rod. The 10B enrichment of the shim rods is relatively higher, which unavoidably increases the burnup, the heat generation and the power peak factor of the fuel assemblies around the shim rods. To solve this issue, the segment design of control rods was proposed. Compared with traditional design, the new design can significantly reduce the heat generation by about 30 percent and burnup of control rods by about 50 percent, as well as improve the power peak factor of the fuel assemblies around the shim rods. The replacement cycle of the control rods can be extended by time.     

控制棒水压驱动系统落棒减速性能实验研究

控制棒水压驱动系统是清华大学为低温核供热堆发明的新型的内置式控制棒驱动技术,控制棒水力减速部件是水压驱动系统的关键部件之一,通过其对控制棒落棒过程进行减速,在保证落棒时间的前提下,降低控制棒快速落棒过程的冲击力。分析了水力减速部件组成和工作原理,确定了水力减速箱侧壁开孔方案,完成了不同开孔方案工况下控制棒水压驱动系统冷态落棒减速性能实验,在实验结果的基础上对比和分析了不同方案下的落棒减速机理和落棒过程特征参数随开孔方案的变化规律。分析结果表明:随开孔面积的增大,落棒时间逐渐减小,落棒峰值速度逐渐增大。在开孔面积大于0.004 m~2时,随开孔面积的增大,落棒峰值速度增大过程趋于平缓,落棒稳定速度和落棒延迟时间变化不大,控制棒触碰碟簧速度缓慢增大。实验研究成果为控制棒水压驱动系统落棒减速部件的理论建模和设计优化提供了基础。     

高温气冷堆控制棒硼燃耗特性分析

控制棒价值及其燃耗规律是核反应堆物理设计关注的要点之一。球床式高温气冷堆控制棒位于侧反射层石墨孔道中,吸收体为圆环形的B₄C,其燃耗特性具有特殊性。采用MCNP耦合燃耗计算模块的方法,对控制棒吸收体进行精细划分,分析了各子区域硼的详细燃耗特性及控制棒价值的变化规律。计算结果表明,由于强烈的空间自屏效应,虽然吸收体外层硼燃耗很多,但吸收体内层硼燃耗很少,因此,反应堆运行寿期末控制棒价值减少很小。     

控制棒水压驱动系统落棒减速部件三维流场分析

控制棒水压驱动系统是清华大学为低温核供热堆研制的新型内置式控制棒驱动技术,控制棒水力减速部件是水压驱动系统的关键部件之一,在保证落棒时间的前提下,通过其对落棒过程进行减速,降低控制棒快速落棒过程的冲击力,避免控制棒十字翼的变形和损坏。本文分析了控制棒水压驱动系统落棒减速机理,利用CFD软件FLUENT对驱动系统水力减速箱流道进行了三维流场数值分析,并分析了对应不同落棒位置水力减速箱流道在不同边界条件下的流场分布特性。在流场分析结果的基础上计算得到了水力减速箱侧壁孔流道和底部缓冲腔流道流量系数随落棒位移的变化,将该结果与驱动系统落棒减速理论模型联立,获得了控制棒落棒位移曲线,理论计算结果同冷态落棒性能实验结果符合得很好,从而验证了流场分析结果的正确性,在此基础上分析了落棒过程减速箱内外差压和落棒速度与水力减速箱流量系数的关系,为控制棒水压驱动系统落棒减速部件的设计和优化提供了指导。     

控制棒落棒动力学数值计算

The dropping time and profile of control rods are important parameters during the safety evaluation of nuclear power plants. CFD method and dynamic mesh were used to study the dropping profile of the control rod and flow evolution. The changes of displacement, velocity and acceleration versus time during the dropping of the control rod are obtained. Meanwhile, the effect of the deformation of the control rod and channel on the control rod dropping is evaluated. The results of the work are of help to the design and optimization of the structure of control rods.     

5MW核供热堆水力驱动控制棒逻辑控制系统

介绍了５ＭＷ核供热堆水力驱动控制棒逻辑控制系统的功能与特点，以及提高系统可用性和安全性的技术措施。本系统与控制棒水力传动机械相匹配，构成完整的控制系统，用来完成堆的反应性控制。其性能稳定可靠、抗干扰能力强。成功地用于５ＭＷ供热堆，并满足其运行的要求。     

Neutronics analysis of megawatt-class gas-cooled space nuclear reactor design

ABSTRACT

Neutronics analysis was conducted for a proposed megawatt-class gas cooled space nuclear reactor design. The reactor design has a high operating temperature of up to 1500 K. Annular UO₂ fuel rods were used to reduce the central temperature of the fuel. The thermal power is 2.3 MWt and is converted into electric power by a direct Brayton cycle. The control rods were arranged in different configurations and were analyzed in order to evaluate the influence on the reactor design in different scenarios. The calculation results reveal that the control rods arrangements have influences on the begin-of-life (BOL) excess reactivity and the shutdown reactivity. The distribution of control rods affects the neutron economy and leakage in the fuel region, consequently affecting the reactivity. It is also known that the reactivity in flooding scenarios are not sensitive to different control rod arrangements. Meanwhile, according to calculation results, the proposed reactor design has enough shutdown reactivity margin which will allow for flexible control strategy. Further analysis is still needed for more detailed and accurate parameters of the reactor design.     

Multi-resolution analysis for determining control rod drop time

This study describes a multi-resolution analysis (MRA) to determine the onset and end drop times of control rods. The measurement test of the drop times of control rods is normally performed during the start-up test of each reactor cycle since it is a crucial safety function to guarantee the reactor safe shutdown. The MRA with wavelet transform is particularly useful in analyzing the onset transients of rod drop as a means of capturing the unique attributes of such signals in an efficient way. This approach also allows the automated determination of rod drop time which reduces the uncertainty induced by ad hoc heuristic approaches. The test signal is generated by adding the random noise measured from real rod drop tests subtracting the wavelet-filtered noise free signal from the noisy signal leaving the noise. The signal is similar to both high sharp spikes noise and sine wave noise from the real voltage trace generated during the rod drop test. The effectiveness of the method is demonstrated by the MRA process.     

三维带控制棒反应性温度系数的计算分析

介绍了三维带控制棒计算反应性温度系数的计算方法，对于２００ＭＷ供热堆，在不同棒位下作了三维反应性温度系数的计算，结果表明，慢化剂温度系数的大小和控制棒插入的深度有一定关系。以运行工况临界棒位下的慢化剂温度系数为参考，对二维计算结果作了分析，结果表明第二维无控制棒计算是保守的近似。