超临界水混合堆快谱区组件物理-热工性能分析

提出超临界水混合堆快谱区多层燃料组件设计方案。用MCNP与STAFAS程序对多层燃料组件进行初步的中子物理与热工水力性能分析,同时对组件结构参数（栅距与棒径比P/D）进行敏感性研究。结果表明：快谱多层燃料组件设计不仅能够实现核燃料的增殖,且可获得较大的负冷却剂温度反应性系数与燃料温度反应性系数;减小P/D均可提高燃料的转换比,但较小P/D会导致核热点因子增大。适当调整组件裂变区燃料富集度可有效改善组件裂变区轴向功率不均匀性,降低核热点因子。     

超临界水冷堆CSR1000燃料组件子通道分析

利用实验数据和计算流体力学(CFD)商用软件CFX对现有子通道分析模型进行研究,分析其在超临界水冷堆(SCWR)分析中的适用性,并根据分析结果对ATHAS程序进行改进。采用改进的ATHAS程序对超临界水冷堆CSR1000燃料组件进行稳态子通道分析,获得燃料组件冷却剂和包壳温度分布、流动压降等参数。结果表明:减小螺旋肋螺距(Hw)可展平燃料组件冷却剂出口温度分布、降低包壳表面最高温度(MCST),但同时燃料组件流动阻力将增大。     

超临界水冷堆双排燃料组件子通道分析

研究基于Cobra-IV程序,开发了适用于超临界水冷堆燃料组件分析的子通道程序.针对超临界水冷堆慢谱双排组件,进行了稳态计算,获取了相关组件热工水力参数.在此基础上,针对单一通道进行了瞬态计算,分析了燃料棒线功率变化和冷却剂流量变化条件下,超临界水冷堆燃料组件的流动和传热的动态响应,为超临界水冷堆组件的优化设计提供了参考.     

超临界水冷堆堆芯子通道稳态热工分析

超临界水冷堆(SCWR)作为6种第四代未来堆型中唯一的水冷堆,冷却剂出口温度可达500℃,具有良好的经济性.本文采用改进的COBRA-IV程序对超临界水冷堆方形组件子通道进行稳态热工分析.对计算结果进行分析可知:减小慢化剂通道中给水质量流量份额和加大慢化剂通道与相邻子通道之间的热阻,可以降低热管焓升,后者还可以得到较好的慢化效果.通过热通道的传热恶化分析发现,超临界水冷堆的设计不能避免传热恶化,必须精确计算传热恶化条件下的包壳温度才能确定包壳能否保证其完整性.     

超临界水冷动力堆燃料组件的子通道研究分析

与目前的轻水堆相比较，由于超临界水冷动力反应堆(SCPR)的热效率高、反应堆系统简单，预计将降低发电成本高热效率通过超临界压力水冷却来获得、如果冷却剂流体在燃料组件中的分布是非均匀的．由于冷却剂温度提高、冷却剂密度的变化而出现大的流量偏移和传热系数降低的复合效应，燃料包壳的表面温度会局部升高：因此，SCPR燃料组件设计采用基于沸水堆的SILFEED的子通道分析程序SCPR燃料组件具有许多正方形水棒、燃料棒被布置在这些水捧周围。燃料棒的间距和直径分别为11．2nun和10．2mm。由于冷却剂流体在燃料组件内的分布主要取决于燃料棒和水棒之间的间隙宽度、对适当的间隙宽度进行了研究。子通道分析表明，在间隙宽度为1．0mm时，冷却剂流量分布是均匀的，最高的燃料包壳表面温度低于600℃、在设计中提高了燃料包壳的温度裕度。     

混合能谱超临界水堆快谱组件优化设计

本工作从热工水力和中子物理两方面对混合能谱超临界水堆混合谱堆芯的快谱区多层组件进行优化设计。对于轴向以再生区和裂变区交替布置的快谱组件,分别改变其轴向布置方式、燃料芯块直径、栅径比及外围燃料棒距组件盒最小距离,并分析它们对组件热工和物理性能的影响,从而得到较优的参数范围,尽可能提高混合谱超临界水堆的固有安全性和经济性。     

超临界水堆反应堆物理-热工水力耦合程序系统MCATHAS的开发

针对超临界水冷反应堆(SCWR)开发了物理-热工水力耦合计算程序系统(MCATHAS)。该程序充分考虑SCWR轴向材料温度、密度的剧烈变化及和功率分布的相互影响。程序系统采用外耦合的方式;中子学计算采用连续截面库并行版MCNP程序;热工水力计算采用子通道ATHAS程序;燃耗计算采用ORIGEN程序。HPLWR燃料组件计算结果表明,程序计算结果是可靠的。     

超临界水堆燃料组件内的排列研究

超临界水冷反应堆(SCWR)是第四代核能系统国际论坛(GIF)推荐的六种堆型中唯一的轻水堆型.SCWR和现有的轻水堆相比,具有热效率高,系统设备大大简化的优点.世界范围内的研究纷纷展开,其中燃料组件的设计优化及堆芯布置是一个重要的研究方向.本文分析比较了当前比较流行的几种燃料组件设计,在采用同一富集度燃料且不含可燃毒物的情况下,利用MCNP程序对这几种组件的当地功率峰值因子进行了计算,发现其离设计目标还有一段距离.本文分析了影响当地功率峰值因子的若干因素,发现对于正方形组件,在均匀慢化、降低当地功率峰值因子的同时也使得组件整体上慢化不足,表现为倍增因子降低,这主要与燃料棒的排列方式有关.通过对比分析发现,相对于正方形排列,改进过的六角形排列更容易解决充分慢化和均匀慢化之间的矛盾,实现组件设计的优化.     

混合能谱超临界水冷堆快谱区流动稳定性研究

在混合能谱超临界水冷堆中,冷却剂通过堆芯过程中跨拟临界点引起的密度等参数的剧烈变化易导致系统产生密度波振荡而不稳定,因此混合能谱超临界水冷堆的稳定性对系统的安全性至关重要。本文利用频域法研究快谱区的流动稳定性,给出在不同状态下的稳定性边界,同时对冷却剂入口流量、进出口压差和通道划分等对稳定性的影响进行了分析。结果表明：大的入口流量有利于系统的稳定;高的进出口压差对系统稳定性有利;轴向功率均匀分布较非均匀分布系统的稳定性差,可提供保守结果;热通道的功率密度越大,对系统的稳定越不利。研究结果对超临界水冷堆设计和优化有一定指导价值。     

超临界水冷堆双排棒组件子通道分析

首先利用先进子通道分析程序(ATHAS)对超临界水冷堆(CGN-SCWR)的双排棒组件进行子通道分析,以考察燃料棒包壳温度等热工参数是否达到安全要求。根据分析结果结合子通道水力直径和冷却剂出口温度,选取一些典型子通道的热工参数结果做详细比对,了解组件中不同类型子通道内的热工参数变化对组件性能的影响。另外,对子通道计算采用的湍流交混系数、轴向摩擦系数和传热关系式进行敏感性分析,以了解经验关系式对计算结果的影响。结果显示:所有热工参数结果均达到设计要求,包壳最高温度为685.3℃,且不同传热关系式的选择对包壳温度的影响明显,最大温差达到了41.3℃。     

超临界水堆堆芯新型燃料组件设计分析

超临界水堆(SCWR)作为六种第四代未来堆型中唯一的水冷反应堆,具有良好的经济性与技术延续性.本文采用最新开发的热工-物理耦合计算程序对超临界水堆方形燃料组件进行稳态热工与中子物理耦合分析,提出一种新型的超临界水堆堆芯燃料组件设计.现有单排组件设计与新型双排燃料组件设计的计算结果表明,双排组件具有功率径向分布均匀,包壳...     

Core and sub-channel analysis of SCWR with mixed spectrum core

The SCWR core concept SCWR-M is proposed based on a mixed spectrum and consists of a thermal zone and a fast zone. This core design combines the merits of both thermal and fast SCWR cores, and minimizes their shortcomings. In the thermal zone co-current flow mode is applied with an exit temperature slightly over the pseudo-critical point. The downward flow in the thermal fuel assembly will provide an effective cooling of the fuel rods. In the forthcoming fast zone, a sufficiently large negative coolant void reactivity coefficient and high conversion ratio can be achieved by the axial multi-layer arrangement of fuel rods. Due to the high coolant inlet temperature over the pseudo-critical point, the heat transfer deterioration phenomenon will be eliminated in this fast spectrum zone. And the low water density in the fast zone enables a hard neutron spectrum, also with a wide lattice structure, which minimizes the effect of non-uniformity of the circumferential heat transfer and reduces the cladding peak temperature.     

Coupled thermal-hydraulics and neutron-physics analysis of SCWR with mixed spectrum core

The new SCWR conceptual design (SCWR-M) is proposed on the basis of a mixed spectrum core consisting of a thermal spectrum zone and a fast spectrum zone. This new core design is considered to be the hybrid of the existing thermal SCWR and fast SCWR cores. It combines the merits of both thermal and fast SCWR cores, at the same time minimizes their shortcomings. For the thermal zone, the difficulties in the mechanical design and the maximum cladding temperature can be reduced as far as possible by the co-current flow mode; and for the fast zone, a sufficiently large negative coolant void reactivity coefficient and breeding ratio can be achieved by the multi-layer arrangement of fuel rods.The performance, including the burn-up behavior, of the proposed core is investigated with 3-D coupled neutron-physical and thermal-hydraulic calculations. During the coupling procedure, the thermal-hydraulic behavior is analyzed using a sub-channel analysis code and the neutron-physical performance is computed with a 3-D diffusion code. The results obtained so far have shown that the mixed spectrum SCWR concept (SCWR-M) is feasible and promising.     

超临界水堆堆芯轴向一维物理热工耦合稳态分析

为研究超临界水冷堆堆芯可能存在的流动和核热耦合不稳定性问题,本文建立了简化的堆芯轴向一维单通道物理-热工耦合稳态分析模型,并针对文献给出的美国超临界水堆参考设计方案进行了稳态堆芯参数的计算,得出了和文献相一致的结论,为下一步开展超临界水堆核热耦合稳定性研究打下了基础.     

燃料棒周向导热对超临界水堆堆芯子通道分析的影响

本文在子通道程序的燃料棒模型中引入三维导热方程,使该模型能用来模拟燃料棒的周向导热情况。采用改造后的子通道程序对混合谱超临界水堆设计中的两种燃料组件结构进行计算分析,研究燃料棒周向导热对超临界水堆燃料组件子通道分析的影响。结果表明：热谱组件的子通道计算中,燃料棒周向导热的影响不能忽略;快谱组件的子通道计算中,燃料棒周向导热的影响基本可忽略。     

基于SCWR堆芯结构的子通道程序开发与应用

为能够对超临界水堆（SCWR）堆芯进行子通道分析,开发了新的子通道分析程序SABER。该程序在COBRA程序的基础上改进了网格结构和热传导模型,加入了新的边界条件和水物性模块,以适用于SCWR慢谱燃料组件的子通道分析。为评估程序的适用性,采用该程序对SCWR堆芯概念设计中的慢谱燃料组件进行子通道建模,并进行稳态计算。结果表明,该程序能够用于SCWR堆芯的子通道计算分析,并较好地解决了慢谱组件计算中慢化通道和冷却通道间的热耦合及逆向流动的模拟问题。     

Single-pass core design of a low-temperature Super LWR

A supercritical-pressure light water cooled and moderated reactor (Super LWR) with a single-pass flow scheme is developed for simplifying upper core structures. Both coolant in the fuel channels and the water rods flow upward and are mixed in the upper plenum. It eliminates the moderator guide/distribution tubes in the upper core that were used in the previous Super LWR design adopting two-pass coolant flow scheme. This core design adopts a four-batch fuel management scheme and an out–in fuel loading pattern. One hundred and twenty-one fuel assemblies with an active height of 3.7 m are included. The flow rate fraction for water rods is 3.5%, and the thermal insulator is used to keep the moderator temperature below pseudocritical temperature. The equilibrium core is analyzed by using neutronic and thermal-hydraulic coupled calculation. The results show that the maximum cladding surface temperature (MCST) is limited to 485 °C with the average outlet temperature of 400 °C. The inherent safety is fulfilled by the positive water density reactivity coefficient and sufficient shutdown margin. On the other hand, the investigation of average outlet coolant temperature varying with MCST is carried out to explore the maximum outlet temperature by employing current MCST criterion and single-pass core design. The average outlet temperature increases with the MCST, and it achieves 465 °C with the thermal efficiency of 43.1% at the MCST criterion of 650 °C. The structure inside the reactor pressure vessel is simplified as a pressurized water reactor.