棱柱式高温气冷堆堆芯间隙旁流模拟研究

棱柱式高温气冷堆的堆芯由燃料组件砖块分层、分区垒砌组成,考虑到加工误差以及结构装配,组件之间需要保证一定尺寸的间隙,形成的间隙流道将分流一部分堆芯冷却剂流量,简称间隙旁流。间隙旁流是堆芯结构以及堆内构件设计需要分析的重要因素,为了研究其对于反应堆热工流体性能的影响,采用商用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)程序ANSYS CFX针对MHTGR-350(Modular High-Temperature Gas Reactor 350 MWt)堆型堆芯活性区内流动、传热的复杂现象开展三维数值模拟,通过建立组件砖块、燃料孔道、冷却剂通道以及间隙流道的详细模型,计算得到区域内的流量分配以及温度分布情况。选取关键参数开展敏感性分析,结果显示:进入狭长间隙流道的冷却剂流量主要由堆芯的结构布置以及间隙的尺寸大小决定,间隙越大、旁流占比越大,冷却效率越差,燃料的局部温度越高。同时,在反应堆运行寿期内,间隙尺寸将随着组件形变而发生变化,引起堆内温度分布以及出口温度发生波动,间隙越大引起的波动幅度也越大,不利于堆芯运行的安全性和稳定性。     

小型高温气冷堆的堆型方案比较

本文对模块式高温气冷堆的棱柱状和球床两种堆芯型式和一体化与肩并肩分置式两种总体设计方案分别进行了技术特点、设计制造、运行经验和安全性与经济性的比较,提出了在我国发展高温气冷堆的堆型选用原则和建议.     

球床模块式高温气冷堆失冷事故特性研究

利用高温气冷堆专用系统分析软件THERMIX程序,对球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)失冷失压和失冷不失压事故的动态特性进行了研究,分析了堆芯功率、燃料最高温度及堆舱水冷壁余热载出功率等关键参数的变化过程,并对影响余热排出功率和燃料最高温度的不确定性进行了评价.研究结果表明,在失冷事故下,堆芯余热可通过热传导、辐射和自然对流等非能动方式传至最终热阱大气,燃料元件和压力容器等重要部件的最高温度均在设计限值内.这为HTR-PM保持模块式高温气冷堆固有安全性不变的同时实现单堆250 MW的功率方案奠定了基础,也为后续高温气冷堆电站示范工程进一步的深入设计研究提供了依据.     

基于COMSOL Multiphysics的中子扩散问题求解以及气冷微堆应用分析

基于三维有限元程序COMSOL Multiphysics的“系数形式偏微分方程接口”开发了中子扩散方程的求解模型,利用COMSOL Multiphysics的特征值和瞬态求解器分别对稳态和瞬态中子扩散方程进行了求解。通过与二维的2D-TWIGL基准题(包括稳态和瞬态工况)以及三维的3D IAEA PWR基准题的计算结果进行对比,验证了所开发中子扩散方程求解模型的正确性。针对气冷微堆堆芯进行建模,采用蒙特卡罗程序RMC生成双群和25群的群常数,利用该中子扩散求解模型开展了气冷微堆堆芯临界计算,结果分别与连续能量和多群蒙特卡罗计算参考值进行对比。结果表明：得到的有效增殖因数以及三维功率分布总体上能与对应的多群蒙特卡罗参考值较好吻合。与连续能量蒙特卡罗参考值相比,采用25能群的结果较双群划分方式更为准确。对于气冷微堆堆型,能群结构划分方式对结果精度的影响显著。采用精细能群划分能改善计算精度,但会使得求解所需资源和时间大幅上升。     

模块式高温气冷堆核电站设计特点

模块式高温气冷堆具有安全、灵活、可靠、经济性好的优点,受到核技术先进国家的重视。本文着重介绍了美国新近推出的模块式高温气冷堆核电站的设计特点和安全特性。     

200 MW 模块式高温气冷堆回热循环系统热力学设计研究

高温气冷堆是一种新型的反应堆堆型,它可以提供高达900 ℃的高品质热源,为了充分利用这一资源,需要在核能利用中引入气体轮机这一常规工业中的先进技术.给出了200 MW 高温气冷堆的气体轮机回热循环系统的设计研究.     

模块式高温气冷堆的固有安全特性

通过对高温气冷堆安全特性的研究,简要分析了高温气冷堆阻止放射性释放的多重屏障、反应性瞬变的固有安全性、非能动的余热排出系统及其他安全特性,从而表明高温气冷堆具有固有安全性的特点。     

高温气冷堆燃料元件发展前景

第4代核能系统主要候选堆型之一的超高温气冷反应堆(very-high-temperature reactor,简称VHTR)氦气出口温度要求大于1 000℃;从经济性考虑,模块式高温气冷堆的单堆功率愈高愈好,燃料的燃耗深度也愈高愈好,这些对近代低富集度3层包覆颗粒(modern LEU TRISO particles)燃料元件提出了更高燃耗深度和耐更高温的要求.为满足上述要求,本文介绍了ZrC层代替包覆燃料颗粒的SiC层、UCO(UO2 UC2)核芯代替包覆燃料颗粒的UO2核芯和进一步降低现有低富集度3层包覆颗粒SiC层破损率的高温气冷堆燃料元件的研究和发展.     

250 MW球床模块式高温气冷堆进水事故研究

基于250 MW球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)的初步设计,以高温气冷堆专用系统分析软件TINTE程序为主要工具,对蒸汽发生器1根传热管双端断裂设计基准的进水事故进行了分析,研究了反应堆温度和压力的变化特性、球床石墨的腐蚀率以及安全阀开启所造成的可燃气体排放等.此外,还分析了风机挡板关闭失效情况下堆内温度分布差异所造成的自然循环对事故后果的影响.计算结果表明:在蒸汽发生器1根传热管双端断裂、最大进水量600 kg情况下,事故后燃料元件的最高温度远低于设计限值,化学反应所引起的石墨腐蚀不会造成反应堆结构强度的破坏和燃料元件的意外破损,释放到反应堆舱室的可燃气体含量也不存在爆炸危险.     

先进的规则床模块式高温气冷堆概念

规则床模块堆是燃料球呈规则堆积的一种先进的模块式高温气冷堆设计。燃料球在平面上成正方形排列,四个球的中心是次一层球的位置,形成正四棱锥堆积。当燃料球落入被做成一定几何形状的堆芯空腔时,就自动形成规则堆积。燃料球可以从反应堆顶部装入和卸出,能够在较短的停堆时间内完成换料操作。规则床堆芯是一种密实体,具有很强的结构适应性和稳定性。在模块化设计中,保持非能动冷却和限制最高燃料温度的条件下,它能够提高输出功率和降低堆芯压降,同时还兼有球形燃料堆和柱状燃料堆的主要优点。本文介绍规则堆积床特性和预测规则床模块堆的设计性能。     

10MW模块式高温气冷试验堆的初步动态分析

文章针对10MW模块高温试验堆的主要设计基准事故,完成了初步的动态分析,所涉及的事故划分为四类:失压事故、失去主热阱事故、蒸发器传热管破裂和反应性引入事故。动态分析结果表明,该模块高温试验堆具有固有的事故安全性。失冷和失压工况下,由导热、辐射和自然对流等被动传热机制能将剩余发热安全地传出反应堆。当出现反应性引入或ATWS事故时,籍助负反应性温度系数,反应堆将自动停堆。在所研究的全部事故工况下,产生的燃料元件最高温度不超过970℃,远低于高温气冷堆的温度限制。     

高温气冷堆堆芯主动冷却过程动态分析

高温气冷堆紧急停堆后需要快速冷却堆芯,使其达到重新启动条件,制定合理的冷却方案对于减少电厂运行成本和保护设备安全具有重要意义。本文建立了冷却系统的数学模型,对冷却过程中关键设备的传热传质过程进行了动态数值模拟。首先分析了德国高温气冷堆采用的直接冷却方案,结果表明,此方案无法避免对设备形成冷冲击或热冲击,风险性较大。进而提出了适用于我国高温气冷堆的新方案,新方案包括4个步骤：蒸汽发生器排水-卸压-预冷-冷却堆芯。动态分析表明,新方案成功地避免了冷/热冲击,大幅提高了安全性,冷却时间也在可接受范围内。     

10MW高温气冷堆球形燃料元件碳化工艺研究

通过对高温气冷堆球形燃料元件压制坯体及酚醛树脂碳化过程的研究，确定了碳化工艺制度的制订原则。在碳化过程中，低温开裂主要是由压制工艺中产生的应变不均匀性造成原，高温开裂则主要受加热速率的影响，采用加压碳化工艺可提高基体材料的机械性能。     

模块式高温气冷堆核电站的运行特性研究

球床模块式高温气冷堆核电站(HTR-PM)由于具有多个模块，运行特性比单堆电站更复杂。利用集总参数方法建立了HTR-PM的动态模型，并利用该模型对电站的运行过程进行了仿真。升功率运行的仿真结果表明，蒸汽温度严重偏离了正常允许值。设计了1个基于蒸汽温度的简单控制器，仿真结果表明，该控制器能很好地对电站进行运行控制，结果令人满意。     

冷却衰变时间对球床模块式高温气冷堆在线燃耗测量的影响分析

球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)需要对球形燃料元件进行在线燃耗测量,以决定其是否退出燃料循坏.在燃料元件卸出堆芯到达测量位之前,要经过一段时间的冷却与衰变;这段时间对于燃耗测量过程有较大影响.利用同位素燃耗与衰变分析软件KORIGEN和粒子输运模拟计算软件MCNP相结合的方式,分析了燃料元件冷却衰变时间对燃耗测量过程的影响.结果表明,只要采取适当的γ谱分析方法,冷却衰变时间大于50 h,就可以满足HTR-PM对燃耗测量系统的要求.     

模块式高温气冷堆非能动余热排出系统分析与研究

非能动的余热排出系统是高温气冷堆固有安全性的重要体现之一。本文介绍了模块式高温气冷堆余热排出系统热工水力计算方法,并给出了不同工况、不同环境温度下余热排出系统的运行参数,为余热排出系统的设计和运行提供了参考。对事故工况下舱室混凝土温度分布进行了数值分析,结果表明混凝土最高温度低于安全限值。     

高温气冷堆包覆燃料颗粒包覆层性能测试方法

高温气冷堆包覆燃料颗粒由ＵＯ２燃料堆饼和在它表面沉积的热解碳和ＳｉＣ层材料构成。这些热解碳和ＳｉＣ层的厚度只有３０－９０μｍ，为测量这些微小颗粒包覆层材料的性能，专门研究了热解碳和ＳｉＣ层的厚度，密度和热解碳层的各项异性能，ＳｉＣ层的弹性模量等的测量方法，并研制了颗粒尺寸分析仪，小试样弹性模量测定仪设备等。