快堆燃料组件棒束通道内流动和传热现象分析与研究

利用三维计算流体力学软件CFX 12.0对由7根带螺旋状定位绕丝的燃料棒组成的快堆燃料组件典型棒束通道内的流动和传热现象进行了数值模拟。模拟得到不同Re下的压降系数曲线与Nu曲线,并将计算结果与经验公式的计算结果进行了比较,两者符合较好。研究了组件内3类典型子通道的横向流交混效应,分析了3类典型子通道的横向流分布特点,发现角子通道横向流交混强度沿轴向波动较大,而3类子通道的横向流交混强度均存在周期性。研究了中心燃料棒壁面上3个截面的局部换热效应,发现在燃料棒与绕丝接触处传热效果最差,在事故分析时应重点关注。     

水堆燃料元件的破损监测、定位和处理

本文简介反应堆破损燃料元件的监测、定位和处理；反应堆运行时的监测与定位；换料时或换料后的监测；在燃料组件内鉴别破损的燃料棒；破损燃料棒拆出后的监测与定位；燃料组件的监测、拆卸和修复等方面在国际上的研究开发现状。     

棒束通道内定位格架搅混特性PIV可视化研究

定位格架作为燃料组件中重要的组成部件之一,不仅在结构上固定燃料棒,而且在燃料组件内热工水力性能同样显著,特别是对工质的搅混性能直接关系到反应堆的经济性和安全性,因此有必要对燃料组件内定位格架搅混特性进行研究。本文通过粒子图像测速（PIV）技术开展了棒束通道内定位格架上下游流场的可视化研究,对比了有无格架棒束通道内流场的分布特征,定量分析了定位格架对棒束通道流场搅混的贡献。对不同流速下定位格架下游横纵速度的沿程变化特性进行研究,发现了不同流速作用下定位格架对横向、轴向速度的促进和抑制规律。另外,通过速度均方根对下游的湍流特性进行了评估。实验结果可为数值计算提供全场的数据验证,并可为定位格架设计和优化提供基础。     

水堆燃料元件的破损监测、定位和处理（续）

4在燃料组件内鉴别破损的燃料棒 一旦某束燃料组件用上述方法己判定为破损组件，如果条件不具备可将其放入专门容器贮存。在正常情况下就要从这束燃料组件中找出破损的燃料棒，然后抽出换上新棒。鉴别破损燃料棒的第一项技术就是外观检查超声检验。     

脉动流下棒束通道内相位差及瞬态流场研究

事故条件及海洋条件下反应堆处于非稳态工况,堆芯燃料组件内热工水力行为具有瞬变及多因素耦合特性,对反应堆的安全提出更高挑战,因此有必要对燃料组件内瞬态特性进行研究。本文通过测量棒状燃料组件内压降和流量之间延迟时间开展棒束通道脉动流条件下相位差研究,对比了相位差在不同振幅、不同流动状态下的变化特性,并分析了定位格架对脉动流相位差的作用特点。另外,基于粒子图像测速（PIV）技术开展了脉动流条件下棒束通道内流场分布特性研究,对比了相同流量条件下稳态工况与瞬态工况下流场分布差异,分析了主流具备不同加速度时棒束通道内流场分布特征。实验结果表明：定位格架可减小脉动流下棒束通道内相位差;棒束通道内流场演化滞后于主流量变化。实验结果有助于揭示燃料组件在非稳态条件下瞬态特性,并为燃料组件的设计和优化奠定基础。     

脉动流下棒束通道内相位差及瞬态流场研究

事故条件及海洋条件下反应堆处于非稳态工况,堆芯燃料组件内热工水力行为具有瞬变及多因素耦合特性,对反应堆的安全提出更高挑战,因此有必要对燃料组件内瞬态特性进行研究。本文通过测量棒状燃料组件内压降和流量之间延迟时间开展棒束通道脉动流条件下相位差研究,对比了相位差在不同振幅、不同流动状态下的变化特性,并分析了定位格架对脉动流相位差的作用特点。另外,基于粒子图像测速(PIV)技术开展了脉动流条件下棒束通道内流场分布特性研究,对比了相同流量条件下稳态工况与瞬态工况下流场分布差异,分析了主流具备不同加速度时棒束通道内流场分布特征。实验结果表明:定位格架可减小脉动流下棒束通道内相位差;棒束通道内流场演化滞后于主流量变化。实验结果有助于揭示燃料组件在非稳态条件下瞬态特性,并为燃料组件的设计和优化奠定基础。     

压水堆完整和破损燃料棒燃料包壳化学相互作用层拉曼特征分析

为研究压水堆完整和破损燃料棒燃料包壳化学相互作用(FCCI)层物相结构组成及影响因素，通过拉曼光谱对燃耗为45 GW·d/tU和41 GW·d/tU的完整和破损燃料棒FCCI层进行了研究分析。结果表明：完整燃料棒形成了周向厚度为14～19μm的FCCI层，主要由两个不同相结构区域组成，分别为靠近包壳界面的单斜和四方相氧化锆混合区域及靠近燃料芯块的四方相区域，在包壳界面附近约7μm范围内，观察到明显的705 cm^-1特征峰，该峰的形成源于界面压应力和辐照缺陷的共同作用；破损燃料棒形成了周向厚度为37～61μm的FCCI层，主要由两个不同形貌和相结构区域组成，即靠近包壳界面附近具有多孔、裂纹特征的单斜相氧化锆区域以及靠近燃料芯块的非晶结构区域。对FCCI层相结构的分布及转变影响因素进行了分析讨论，完整燃料棒FCCI层中四方相氧化锆的稳定与界面压应力、中子辐照缺陷和裂变产物作用有关，破损燃料棒FCCI层中单斜相氧化锆的存在则主要来源于应力的弛豫和氧的正常化学计量比。     

水冷反应堆燃料元件的在役检测和处理

水冷反应堆包括轻水堆和重水堆,轻水堆分为压水堆和沸水堆;重水堆分为加压重水堆和加拿大的氘铀堆。国际上把它们归为一类进行研究。本文涉及的破损燃料元件的在役检测和处理包括：反应堆运行时的检测;换料时或换料后的检测;在燃料组件内鉴别破损的燃料棒;燃料组件的监测、拆卸和修复;破损燃料棒拆出后的检测,破损定位与修补。     

水冷反应堆燃料元件的在役检测和处理

水冷反应堆包括轻水堆和重水堆,轻水堆分为压水堆和沸水堆;重水堆分为加压重水堆和加拿大的氘铀堆。国际上把它们归为一类进行研究。本文涉及的破损燃料元件的在役检测和处理包括：反应堆运行时的检测;换料时或换料后的检测;在燃料组件内鉴别破损的燃料棒;燃料组件的监测、拆卸和修复;破损燃料棒拆出后的检测,破损定位与修补。     

核电站燃料棒破损在线探测系统FDD-1

核电站燃料棒破损在线探测系统FDD-1由γ射线探头、γ谱仪、计算机和燃料棒破损状况分析程序组成。将探头对准化容系统管道,测量一回路内水中放射性核素γ剂量变化,监测燃料棒是否发生破损,如破损发生,分析破损性状,给出破损燃料棒的根数、破口大小和破损燃料棒的燃耗(以判断破     

带MVG和MSMG的5×5全长棒束单相流场和温度行为数值分析

定位格架作为燃料组件的关键部件之一,直接影响到燃料组件的热工性能。本文对带结构格架（MVG）和跨间搅混格架（MSMG）的5×5全长加热棒束单相流场和温度场采用计算流体力学（CFD）程序进行数值分析研究,获得该特征棒束组件出口二次流场以及温度场分布特性。研究表明,定位格架下游流场受定位格架和距离的影响,定位格架上游流场对下游二次流几乎无影响,定位格架导致流体强烈的横向二次流,增强了流体和加热棒之间的换热能力,使得棒束子通道截面流体温度更加均匀。与5×5全长棒束出口子通道温度的实验数据对比分析表明,获得的计算模型可以较好地分析该型棒束组件结构温度场行为。      

燃料棒破损超声检测技术研究

研制了单探头和双晶片探头两种类型超声探头,通过对模拟燃料棒破损前后超声信号变化规律的研究,确定了超声检测探头的型式及检测方法。研究结果表明,可通过15~20mm声程范围内超声回波幅度的差异来判定燃料棒是否破损;与单探头相比,所研制的双晶片探头更适用于燃料棒破损超声检测,该双晶片探头能有效分辨的燃料棒内的最小水量为0.2mL。     

压水堆电站燃料元件破损定位探测方法介绍

本文主要介绍70年代以来国外压水堆电站燃料元件破损定位探测技术的新发展。利用无损检洲技术(如超声探伤、 发射技术、红外测温等)来定位检测破损燃料元件棒,以实现不解体燃料组件而更换掉组件中破损元件棒,然后将未达燃耗的燃料组件再重新入堆。     

核电站燃料棒破损在线探测系统研制

采用在线检测方法对现役核电站燃料棒的破损情况进行监测可以克服传统化学取样方法不能连续探测和不能及时报告堆内燃料破损情况的不足.本工作研制出核电站燃料棒破损在线探测系统(FDDS-1),通过检测一回路核燃料裂变产物的活度,根据燃料破损性状分析程序FUDAC-1计算出燃料棒的破损根数等参数,给出在线探测报告.     

绕丝定位的燃料棒流致振动机理研究

通过实验和数值模拟的方式对泄漏流影响下绕丝定位的燃料棒流致振动机理进行研究。数值模拟及实验结果表明:由于绕丝的存在,使得流体在棒束通道内的流动存在着较强烈的搅混效应,在流速较小时,相比于通道内流体横向流动对燃料棒的扰动,泄漏流动对燃料棒振动的影响很小;随着流量的增加,泄漏流动对燃料棒振动的影响逐渐增强。影响分为2点:改变了振动能量在频域内的分布,使得高频段的振动能量增加;使得燃料棒振动的位移有效值(均方根值)增大。     

高压条件下燃料组件内过冷沸腾过程传热不均匀性研究

基于流体动力学软件Fluent中的流体体积函数（VOF）两相流模型,通过编写用户自定义函数（UDF）程序添加控制方程源项,建立过冷沸腾模型,对压水堆带定位格架的5×5燃料组件棒束通道内的过冷沸腾现象进行数值模拟。根据模拟结果,从空泡份额、燃料棒周向传热方面对比分析各个子通道内传热特性。研究发现各子通道内空泡份额的分布不均匀性较大,同样加热条件下,边通道的沸腾程度高于角通道。此外,对棒束周向的传热特性进行了分析,燃料棒周向努塞尔数呈不均匀性分布,燃料棒0°、90°、180°、270°等方向附近的传热能力较强,其相应的横向速度较大,对应的沸腾程度较强。      

棒束定位格架空泡份额分布特性实验研究

带定位格架棒束通道内的空泡份额分布特性是反应堆热工水力特性研究的重要内容。对AFA 2G3× 3定位格架组成的棒束通道在空气 水两相流动工况下用RBI光学探针测得了通道内的横向空泡份额分布 ,分析了其横向分布的一般规律。结果表明 ,定位格架结构 ,特别是交混叶片对定位格架附近区域两相流动和空泡份额分布特性有重要影响 ,从而为进一步研究棒束定位格架加热工况下两相流动特性 ,发展新型高热工水力性能燃料组件打下基础     

基于图像算法的棒束通道流动交混研究

反应堆燃料组件内冷却剂流动特性是反应堆热工安全分析重要内容,本文针对带定位格架的棒束通道内可视化实验图像数据,基于图像算法对棒束通道内流动交混现象进行了定性与定量的分析,为堆芯热工水力及安全分析提供参考。从数据验证、规律总结、机理分析3个层面上提出了图像处理方法,并采用这些方法对棒束通道内实验数据进行了分析,分析结果表明:定位格架下游流体的流动交混在5 cm开始逐渐缓和;Canny算子适用于定位格架湍流图形的边缘识别。     

花瓣形燃料元件棒束通道内过冷流动沸腾特性数值研究

花瓣形燃料元件具有换热性能强和无需定位格架等优点，能进一步提高反应堆的功率密度和经济性。为此，本文利用欧拉两流体模型，同时结合RPI壁面沸腾模型，对2×2花瓣形燃料元件棒束通道内过冷流动沸腾特性开展数值研究。通过圆管过冷沸腾实验数据验证了模型的准确性。开展了流速和热流密度参数对花瓣形燃料元件棒束通道内流动、换热及空泡份额分布影响的数值研究。结果表明，通道内冷却剂的流动速度分布不均匀；横向流动沿主流方向存在波动；空泡份额在燃料元件的内凹弧与外凸弧处表现出较大差异；同时，由于流场和换热形式的不同，导致燃料元件的周向壁面温度呈现不均匀分布，横向流动的存在影响着壁面热流分配情况。     

超临界水冷堆环形燃料组件核热耦合分析

在超临界水冷堆预概念设计中,组件设计是十分重要的,将影响堆芯性能。超临界水冷堆中水密度变化剧烈的特性要求必须进行核热耦合分析。从中子学及热工性能角度,使用三维核热耦合程序对环形燃料组件进行了优化设计。应用中子学计算程序FENNEL-N对环形燃料组件进行三维扩散计算,可得到组件内单棒功率分布,应用热工计算程序SUBSC对组件进行子通道分析。在计算过程中,分析了燃料棒间距及燃料棒与组件壁盒之间的间隙对组件性能的影响。计算结果显示,增大棒间距和棒壁间隙能提高组件k_inf,但会增大组件内功率峰因子;子通道受热不均匀性对组件热工性能影响较大,通过加入定位格架的方式能展平冷却剂出口温度,降低最大包壳温度。对环形燃料组件的安全分析表明,从中子学角度该组件是安全的。