板状燃料堆芯流道阻塞事故分析

应用RETRAN 0 2程序 ,结合一堆芯流道阻塞典型模型 ,计算了板状燃料堆芯发生流道阻塞事故时诸热工水力参数的瞬态变化 ,分析了事故工况下的物理过程 ,探讨了相应的保护措施及其效果     

板状燃料组件非线性振动特性

设计1个能模拟堆芯燃料组件工作环境和力学边界条件的台架,研究板状燃料组件的非线性振动行为。对安装在振动台上的系统进行白噪声随机激励,得到燃料组件响应-激励关系不同方向、不同介质、不同振级共42种工况的系列曲线。试验结果表明:随着激励振级加大,板状燃料组件的第一阶共振频率减小;板状燃料组件在水中的第一阶共振频率远比在空气中的小,且非线性特性仍呈软弹簧特性;板状燃料组件在环境中的振动阻尼大,能大大抑制抗震响应。     

板状燃料组件流量分配CFD研究与优化

板状燃料组件被广泛应用于研究堆中,组件内的流量分配是设计时需要考虑的一项重要内容。计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)方法是研究流量分配的重要手段,但有限的计算资源限制了其在板状燃料组件流量分配研究中的推广。针对板状燃料组件冷却剂流道狭长、封闭的特点,提出了部分建模迭代求解的计算方式,将无流量分配组件与有流量分配组件两种工况下各流道流量的计算值与直接完整建模的结果进行了对比,最大误差分别为0.56%与0.81%。鉴于前者对计算资源的需求远小于后者,部分建模迭代求解可以作为板状燃料组件流量分配CFD研究的合理可信的优化方案。     

用激光技术测量燃料组件间水隙及燃料组件中的流速(一维)分布

本实验采用一维前向散射激光多普勒测速仪测量了燃料组件间水隙中及燃料组件棒束间的流速分布。观察到在对应六个导向舌位置存在低速区,在靠近实验段壳体壁面个别部位存在更低的流速区。实验中还测得两个组件对应棒束间流道的无因次流速差不大于3%。最后,对实验结果进行了讨论。     

窄缝环形流道单相摩擦阻力特性实验研究

以水为工质,对间隙为0．57～3．08mm的水平窄缝环形流道阻力特性进行了实验研究,实验范围包括层流区和紊流区,仔细观察测量了流态转捩点,将实验结果与传统的阻力计算公式进行了对比,分析了流道几何尺寸和偏心度对阻力特性的影响。结果发现,紊流区阻力与普通流道基本相同,但层流区阻力的数值和变化趋势在流道间隙比较小时与理论值之间存在明显差异,流态转捩点也有所提前。     

常压下窄缝池沸腾实验

介绍对竖直矩形窄通道进行的池沸腾实验研究。对四种不同的通道尺寸,分单面加热和双面加热共进行了８组实验工况。通过可视化观测和测量数据处理,得到如下结论：在窄缝中,汽泡生长受到空间尺寸限制,沸腾区压力有别于一般情况下的沸腾;矩形窄缝对沸腾有强化作用;双面加热情况下,过热度明显减小。     

在双面加热的窄缝环形流道中流动沸腾换热研究

在窄缝流道内发生沸腾换热现象时,由于沸腾产生的汽泡受窄缝流道的限制,受压变形而消除了汽泡表面张力对传热的影响。因此对此现象进行基础性理论研究具有很重要的意义。本文在常压下用蒸馏水对窄缝间隙为 0.75mm的垂直环形流道,进行了流动沸腾传热实验研究。实验段的有效加热长度为 900mm,其加热方式为内外侧双面加热,实验的流量变化范围在 1.67× 10－ 5～ 5.83× 10－ 5m3/s。通过实验得到了在不同质量流速和热流密度下双面加热的窄缝流道中内外侧沸腾换热系数随干度变化的分布和特点。研究结果表明,由于在窄缝流道中存在着大量的运动聚合受压变形汽泡,因此使内外侧沸腾换热系数都很高 (可达 105W· m－ 2· K－ 1以上 )。     

在垂直环形窄缝流道中的沸腾传热特性研究

为了弄清在窄缝环形流道中气泡的形成、聚合和变形的特性 ,以及气泡在聚合变形之后对传热特性的影响 ,在常压下用蒸馏水对窄缝间隙为 0 75mm的垂直环形流道 ,进行了可视化的流动沸腾传热实验研究 ;实验段的有效加热长度为 90 0mm ,其加热方式为单面内侧加热 ,实验的流量变化范围为 1 667× 1 0 - 5m3/s至 5 833× 1 0 - 5m3/s。实验得到了在不同质量流密度和热流密度下窄缝流道中的沸腾传热系数随干度变化的分布。通过与常规流道中的沸腾传热系数的比较 ,得到了在窄缝环形流道中沸腾传热系数比常规流道中的沸腾传热系数约高 1 5 %的结论。另外通过用高速摄像机对可视化的垂直环形流道中的流型进行的拍摄研究 ,分清了存在在窄缝环形流道中的四种流型     

反应堆燃料组件解体技术研究

充分考虑反应堆燃料组件结构特点,提出了一种先翻转、再拆卸下管座、最后拔取燃料棒的解体工艺,并设计了与解体工艺相对应的专用工具。采用集成化的思路,使所有设备均布局在投影面积仅为1.2 m~2的面积以内,既满足了现场安装条件的限制,又保护了乏燃料水池已有设备。采用该技术顺利完成了水下6 m处反应堆燃料组件的解体工作。     

板状燃料元件流道堵塞事故预防与探测技术研究

板状燃料元件用于研究堆中表现出良好的辐照性能。通过对国内外一些使用板状燃料元件研究堆堵流事故实例的调研,发现板状燃料元件板间的栅距通常很小,堆芯冷却剂流道狭窄,堵流事故的发生大都由异物进入流道或燃料肿胀引起。选取中国先进研究堆(China Advanced Research Reactor,CARR)作为特征研究对象,采用RELAP5/MOD3.2热工计算程序,对CARR堆芯、堆本体、单盒组件、堆外冷却回路等进行了热工水力模拟计算,结果表明:当反应堆功率提升时,堵塞的流道内燃料组件温度上升,冷却剂开始发生沸腾,功率会发生明显波动。通过中子注量率与功率的监控以及燃料温度的分析,有助于及早探知和预防堵流事故的进一步发展扩大。     

快堆燃料组件内精细功率分布的计算

堆芯热通道因子是堆芯热工设计及安全分析的一项重要参数,确定热通道因子需用中子学计算给出较准确的燃料组件内元件棒功率分布。在三维六角形几何节块扩散理论基础上,使用多项式重构的方法计算节块内中子通量密度分布和功率密度分布。针对快堆六角形燃料组件的特点,用小六角形积分的方法计算组件内元件棒功率,得到组件内各元件棒功率分布。在NAS程序基础上,编制了元件棒功率分布计算模块NAS PIN。通过与蒙特卡罗程序的校验可发现,二者计算结果符合较好,计算精度可满足工程设计的需要。     

竖直窄矩形通道内空气-水两相流中气弹运动速度研究

以空气和水为工质,应用高速摄像仪,对竖直窄矩形通道(3.25 mm×40 mm)内气液两相弹状流进行了可视化实验研究。气、液相表观速度分别为0.1~2.51 m/s和0.16~2.62 m/s,工作压力为常压。实验中发现窄矩形通道内弹状流与圆管中存在较大差别,气弹多发生变形,高液相流速时变形更为严重。窄边液膜含气量较高,在高液相流速时窄边液膜不下落,宽边液膜中含有由气弹头部进入和气弹尾部进入的气泡。气弹速度受气弹头部形状和宽度影响较大,受气弹长度影响较小。气弹速度可由Ishii & Jones-Zuber模型计算,但在低液相折算速度时偏差较大,其主要原因为漂移速度计算值较实验值偏小。     

中国实验快堆燃料组件频率测量试验

堆芯的安全性极其重要,反应堆堆芯组件的抗震分析比较困难。为给中国实验快堆堆芯组件的数值分析提供依据,同时也为安全审评提供基本数据,利用动态测量系统完成了单根燃料组件分别在空气和水介质中频率的测量。试验中,分别采用了3档不同幅值的激励力。考虑安装公差对频率的影响,采用重新安装燃料组件的方法重复测量。经分析,试验结果合理可靠。     

环形燃料反应堆通量密度分布测量

相对中子通量密度分布是反应堆的重要物理参数之一,测量环形燃料零功率反应堆堆芯相对中子通量密度分布对了解环形燃料堆芯反应堆物理特性及开展安全分析具有指导意义。本文在环形燃料堆芯多边形装载下,采用箔活化法对辐照后燃料元件外表面不同位置金箔的γ活度进行测量,得到不同位置燃料元件轴向、径向的相对中子通量密度分布,并将测量值与蒙特卡罗理论计算值进行比对。结果表明：实验测量值与理论计算值最大相对偏差在12%以内,相对中子通量密度分布测量结果符合实验设计预期,现有蒙特卡罗分析手段可较好地分析堆内元件轴向通量密度分布情况。本文结果可为环形燃料的工程化应用提供重要的数据支撑。     

快堆燃料组件少棒替代方法研究

快堆堆芯流量分配实验需大量燃料组件,为缩短燃料组件的加工周期,需寻找一种可简化燃料组件结构的思路。本文采用CTS理论算法,计算了燃料组件结构参数变化对组件水力特性的影响,提出了采用较少燃料棒替代组件完成试验的思路。该方法不改变组件外部结构与试验环境,仅用少量燃料棒获得与多棒燃料组件相同的水力特性。计算结果表明,替代组件与原组件水力曲线吻合较好,可达到替代效果。     

快堆燃料组件热工流体力学计算研究

对于钠冷快堆,在燃料和包壳最高温度等设计限值下,为获得较高的堆芯出口温度,需深入分析燃料组件内的热工流体力学问题,准确预测组件内的冷却剂温度分布。本文在CRT模型和F.C.Engel等人工作的基础上,提出了ICRT压降关系式,用以计算冷却剂在湍流区、过渡流区和层流区的棒束压降;引入CRT模型和WEST对流传热模型,改进了SUPERENERGY子通道分析程序,并将改进程序与原程序计算结果进行了对比,结果表明：最热子通道出口温度略有降低,液膜温压略有增加;并用计算流体力学软件CFX对中国实验快堆单盒燃料组件活性段进行了三维数值模拟,将计算结果用CRT模型、ICRT压降关系式及改进后的SUPERENERGY子通道分析程序进行了验证,相互符合较好。     

Effect of Moderator Density Distribution of Annular Flow on Fuel Assembly Neutronic Characteristics in Boiling Water Reactor Cores

The effect of the moderator density distribution of annular flow on the fuel assembly neutronic characteristics in a boiling water nuclear reactor was investigated using the SRAC95 code system. For the investigation, a model of annular flow for fuel assembly calculation was utilized. The results of the assembly calculation with the model (Method 1) and those of the fuel assembly calculation with the uniform void fraction distribution (Method 2) were compared. It was found that Method 2 underestimates the infinite multiplication factor in the fuel assembly including the gadolinia rod (type 1 assembly). This phenomenon is explained by the fact that the capture rate in the thermal energy region in gadolinia fuel is estimated to be smaller when the liquid film of annular flow at the fuel rod surface is considered. A burnup calculation was performed under the condition of a void fraction of 65% and a volumetric fraction of the liquid film in liquid phase of 1. It is found that Method 2 underestimates the infinite multiplication factor in comparison to Method 1 in the early stage of burnup, and that Method 2 becomes to overestimate the factor after a certain degree of burnup. This is because Method 2 overestimates the depletion rate of the gadolinia.     

中国先进研究堆矩形通道流场数值计算分析

通过SIMPLE数值方法,编制程序,对中国先进研究堆(CARR)全流道进行流场数值模拟.采用对CARR的单个冷却剂通道进行单相水的数值传热计算,并递增地改变流道入口流速,计算获得与入口流速对应的流道速度场与温度场分布,展现其变化规律,分析入口流速对流道热工水力参数分布的影响.采用所编制的程序,对板式燃料组件构成的窄矩形通道进行数值模拟,由此来确定热工水力设计需要的一些反应堆安全参数.这些安全参数为反应堆事故监测系统提供必要的热工过程状态信息,也为CARR提供必要的数据参考.     

环形燃料流量分配比范围研究

针对环形燃料双冷却通道的特殊结构形式,基于计算流体力学（CFD）方法建立了单棒精细化流固热耦合数值计算模型,通过计算内外包壳与内外通道冷却水的温度场分布对环形燃料流量分配比（φ）的取值范围进行了研究。计算结果表明：内外包壳温差与内外通道出口温差均随着φ的增大而减小;当φ≤0.72时,外包壳内部径向温度曲线斜率在包壳表面附近出现陡变;0.86≤φ≤1时,包壳内部温度变化均匀,无温度陡变现象,且内外包壳温差小于8 ℃,内外通道出口冷却水温差小于10 ℃。综合考虑环形燃料双侧冷却优势的充分发挥和包壳的机械安全性,确定了φ的取值范围为0.86～1。     

快堆燃料组件少孔式管脚替代方案水力实验研究

工程中广泛应用的多孔式管脚在流动特性调节、加工精度方面存在一定缺陷。本文提出了少孔式管脚替代方案,通过水力实验,对比研究了多孔式与少孔式两类管脚的阻力系数分布、流量与压降对应关系等流动特性。结果显示：ø12.0 mm的少孔式管脚与ø6.2 mm的多孔式管脚具有几乎相同的流动特性,均满足设计需求,本文提出的少孔式管脚替代方案可行;少孔式管脚具有更高的流动特性调节效率。本文给出了管脚阻力系数与其结构尺寸间的经验关系式,可供相关实验或工程参考。