承压热冲击下DVI接管动态应力特性研究

压力容器直接注入（DVI）接管在热冲击下的动态应力特性对于反应堆压力容器（RPV）结构完整性评估具有重要意义。建立了含DVI接管的RPV压力壳热流固耦合数值计算模型,并进行了验证分析;然后研究了蓄压安注箱（ACC）和堆芯补水箱（CMT）安注时RPV筒体和DVI接管热工水力特性;最后分析了热冲击下RPV筒体和DVI接管连接高应力区的温度分布、等效应力和等效塑性应变分布特性。研究结果表明,ACC安注阶段RPV筒体和DVI接管连接区存在较大的温度梯度和等效应力,且发生了局部塑性变形。若发生承压热冲击事件,应控制好DVI接管连接区温差,确保反应堆压力容器的结构完整性。本文开发的热冲击下热流固耦合数值计算模型和计算方法可用于核岛内DVI接管与RPV筒体的安全性评价,也可用于类似承压结构在热冲击下的动态应力特性分析。      

承压热冲击下AP1000压力容器直接安注瞬态数值模拟研究

基于计算流体动力学(CFD)分析方法,采用流固共轭传热方式,对非能动堆芯冷却系统(PXS)的堆芯补水箱(CMT)热态功能试验、CMT注入同时自动减压系统(ADS)动作、蓄压安注箱(ACC)安注后CMT再注入以及常规余热排出系统运行等4种工况下反应堆压力容器(RPV)环腔内流动传热状态进行瞬态数值模拟,研究RPV壁面温度瞬态变化以及环腔下降段内流体的混合特性。结果表明:4种工况下直接安注(DVI)接管管嘴与RPV内壁面相交斜面处冷却水混合剧烈,冷段是否有流体注入环腔对其内流体温度分布变化影响巨大,且DVI接管管嘴局部区域将发生较大的温度变化。     

承压热冲击下压水堆压力容器壁面换热特性的数值模拟研究

为了研究压水堆因安注冷水直接注入反应堆压力容器下降环腔而导致的承压热冲击（PTS）热工水力问题，基于1∶10比例模型，应用计算流体力学商用软件FLUENT5．4进行了紊流流动换热的数值模拟分析，同时进行了常压传热实验研究。针对下降环腔折算流速0．5m/s，安注流速10m/s的典型工况，研究了压力容器下降环腔的壁面换热特性。通过分析下降环腔内的流动及混合特性，从流动机理上解释了压力容器内壁上准重接触点附近换热强烈的现象，并指出壁面换热强弱与近壁流体紊流脉动动能密切相关，为热冲击分析提供参考。     

反应堆直接安注结构热工影响分析

建立了反应堆压力容器直接安注的实验模型,进行传热和流动实验。实验对比研究了文丘里管和直管两种不同安注管结构下压力容器不同区域的流动混合、传热系数以及相应的温度变化,并通过可视化实验对比验证了不同安注模型的流场,对不同结构下安注管的阻力特性进行了分析。研究结果表明,不同安注管在流动阻力上存在较大差异。研究结果为反应堆压力容器安注管的设计选择提供了重要依据。     

PTS瞬态流动与换热数值模拟研究

为了研究压水堆因“直接安注”冷水注入压力容器下降环腔而导致的承压热冲击（PTS）热工水力问题,基于1:10比例模型,应用计算流体力学软件FLUENT5.4进行了紊流流动换热的数值模拟分析,同时进行了常压瞬态传热实验研究。针对下降环腔折算流速0.5 m/s,安注流速10m/s的典型工况,研究了安注水开启后下降环腔内的瞬态流动换热特性,数值模拟与实验结果吻合良好。考察了压力容器安注接管出口区环形焊缝区及堆芯段筒体中子强辐照区所承受的热冲击状况,基于稳态流动研究了下降环腔内流体混合特性及流动机理,为热冲击分析提供参考。     

堆芯紧急冷却安注热混合实验研究

以核电厂压水堆中失水事故(LOCA)堆芯紧急安注系统(ECCS)启动后安注接管与冷管段的T型管处冷、热流体混合为研究对象,进行安注管和主管道内过冷水-高温冷却剂的热混合特性实验以及过冷水-汽水混合物直接接触冷凝特性实验,通过缩比尺寸实验对热混合相关现象进行研究。结果表明,单相热混合实验管内温度场随不同射流流型成一定分布;两相热混合工况安注后冷凝量随主管蒸汽量变化而成线性分布,并总结实验数据形成适用于本实验直接接触冷凝相关关系式。     

受压热冲击下反应堆压力容器内流动和传热研究综述

在发生反应堆失水事故（LOCA）时，紧急安注导致的受压热冲击（PTS）对反应堆压力容器（RPV）的安全有着重要影响，对于失水事故下反应堆压力容器内流动和传热的研究，发达国家已经进行了很年，在试验模拟和数值计算方面均取得了很多的成果，随着我国近年来核电技术的进步，对失水事故下RPV的完整性展开了研究工作，本文总结了国内外该方面研究工作，研究工作中存在的问题和发展的方向进行了探讨。     

波动管小破口失水事故实验研究

在模块化小型反应堆非能动安全系统综合模拟实验装置上进行波动管小破口尺寸失水事故实验,研究波动管小破口失水事故过程中的热工水力现象和非能动安全系统运行特性。模块化小型反应堆发生失水事故后,压力平衡管和安注管线内流体的密度差可以驱动堆芯补水箱(CMT)内的冷流体注入反应堆压力容器,压力平衡管裸露后CMT安注流量出现波动;安注箱(ACC)的安注对事故初期的堆芯冷却效果显著;经自动卸压系统卸压后,内置换料水箱(IRWST)可以对堆芯进行持续稳定的安注和冷却。研究结果表明:波动管小破口失水事故中,非能动安注系统可以对堆芯进行有效注水,并带走堆芯衰变热量。     

高压安注条件下冷管段和环腔流体混合特性的数值分析

压水堆高压安注条件下冷热流体混合会导致承压热冲击现象,影响压力容器的使用寿命。本文基于ROCOM实验装置的实验数据,使用CFD方法对高压安注条件下有密度差的冷热流体混合现象进行了模拟,并对模拟结果进行了验证与分析。结果表明,在冷管段和下降段环腔中流体混合的主导因素分别为强迫流动混合和浮升力驱动混合。在仅有1条冷管段注入的情况下,进入下腔室的流体会再次回流至环腔,从而对冷却剂的混合特性产生影响。     

斜接管嘴非等温横向射流时近壁流体温度的数值模拟

针对反应堆主管道45°安注斜接管嘴,基于1:9的比例模型,采用计算流体力学程序(CFX)软件,进行了常压条件下安注斜接管嘴主、射流温差分别为30℃和70℃、射流和主流的流速比为0.87～40、构件不同区域内非等温横向射流时的壁温变化及其分布特征的数值模拟研究,得出了构件内主接管相交区、射流下游区、主管侧面区及主管底部各区域测点近壁流体的混合函数。通过对射流与主管流体两种温差下各区域测点混合函数的比较发现,在本次研究中,30℃、70℃两种温差下各点混合函数基本保持不变,各点混合函数的大小与温差关系不大。将本文混合函数的计算结果与同期试验结果进行了比较,二者符合良好。     

大破口失水事故时冷热段同时安注反应堆堆芯会更安全

大破口失水事故时，安注系统由冷段注入的大量冷却剂从压力壳和吊兰之间的环形通道经破口流入安全壳，只有少量的冷却剂流入堆芯。如果把安注系统同时安装在冷段和热段同时进行安注，从热段注入的冷却剂带走了上腔室和堆芯内的较多热量而降低了上腔室内的压力，使冷段注入的冷却剂较容易流入堆芯。同时，从热段注入的部分冷却剂在上腔室内撞击在导向管上后，沿着导向管流入堆芯，堆芯得到的冷却剂比单一冷段安注时得到的冷却剂要多，堆芯会更安全     

安注方式对设计基准失水事故下元件包壳破损份额影响的分析

以某船用压水堆为研究对象,采用RELAP5/MOD32程序,分析了发生在主管道冷端的极限中破口失水事故中,采取冷端、热端安注方式时不同的事故过程。引入临界管概念,确定了包壳破损临界功率因子。对全堆进行精细功率重构,确定每根燃料元件功率因子,最终确定不同安注方式下的元件包壳破损份额,并指出：对破口出现在主管道冷段的设计基准事故,热端安注能减轻事故后果,减少破损份额。     

大亚湾核电站18个月换料的堆芯失水事故长期冷却分析研究

在失水事故长期冷却过程中，必须确定安全注射系统从冷段注射切换到冷热段同时注射的切换时间。这对避免反应堆堆芯硼结晶、堆芯因地坑硼浓度过低而引起重返临界有着十分重要的意义。介绍了大亚湾核电站18个月换料设计失水事故长期冷却分析，应用REFLET程序分析计算了失水事故后堆芯和地坑的硼浓度随时间的变化，给出了不同换料水箱硼浓度下的容许切换时间。当换料水箱硼浓度为2204mg/L时，操作员必须在6小时以前将安注由冷段注射切换到冷、热段同时注射的模式。     

小型堆破口失水事故初步研究

为验证中国广核集团小型堆方案设计,尤其是其中非能动安全注入系统的初步设计,基于RELAP/SCDAPSIM程序,建立了小型堆的一、二回路系统和非能动安全注入系统模型,模拟计算了冷管段0.04 m等效直径破口、冷管段0.2 m等效直径破口、直接注入管道双端断裂、自动卸压系统误启动等LOCA工况。计算结果表明,一回路可实现有效的冷却和降压,堆芯不会过热,验证了其非能动安全注入系统的设计合理性和反应堆系统的安全性。     

Detailed evaluation of coolant injection into the reactor vessel with RCS depressurization for high pressure sequences

A coolant injection into the reactor vessel with depressurization of the reactor coolant system (RCS) has been evaluated as part of the evaluation for a strategy of the severe accident management guidance (SAMG). Two high pressure sequences of a small break loss of coolant accident (LOCA) without safety injection (SI) and a total loss of feedwater (LOFW) accident in Optimized Power Reactor (OPR)1000 have been analyzed by using the SCDAP/RELAP5 computer code. The SCDAP/RELAP5 results have shown that only one train operation of a high pressure safety injection at 30,000 s with indirect RCS depressurization by using one condenser dump valve (CDV) at 6  min after implementation of the SAMG prevents reactor vessel failure for the small break LOCA without SI. In this case, only one train operation of the low pressure safety injection (LPSI) without the high pressure safety injection (HPSI) does not prevent reactor vessel failure. Only one train operation of the HPSI at 20,208 s with direct RCS depressurization by using two SDS valves at 40 min after an initial opening of the safety relief valve (SRV) prevents reactor vessel failure for the total LOFW.     

An evaluation of the severe accident management strategies for CANDU-6 type plants

This paper provides an evaluation of the mitigation effects for the severe accident management strategies of the Wolsong plants which are typical CANDU-6 type reactors. The evaluation includes the effect of the following six mitigation strategies: (1) injection into the primary heat transport system (PHTS), (2) injection into the calandria vessel, (3) injection into the calandria vault, (4) reduction of the fission product release, (5) control of the reactor building condition, (6) reduction of the reactor building hydrogen. The tested scenario is a loss of coolant accident with a small out-of-core break, and the thermal hydraulic and severe accident phenomenological analyses were implemented by using the ISAAC computer program. The calculation results show that the most effective means for a primary decay heat removal is a low pressure safety injection, that for a calandria vessel integrity is an end-shield cooling injection, and that for a reactor building integrity is a pressure control via local air coolers. Besides the above, the usefulness of each safety component was evaluated in this analysis.