1 GWt PB-FHR负荷跟踪运行特性分析

为研究熔盐堆系统在商业应用中的价值,分析其是否满足电网负荷的变化需求和安全运行的能力,本文以1 GWt球床式氟盐冷却高温堆（PB-FHR）为研究对象,仿真计算其在负荷跟踪模式下的瞬态行为和运行特性。以RELAP5/MOD4.0程序为研究工具,并植入相关的熔盐物性与计算关系式,建立氟盐冷却高温堆的热工水力系统与功率控制系统的仿真模型,对典型负荷工况参数变化情况下控制系统的响应特性进行仿真分析。结果表明：该氟盐冷却高温堆系统在设计的控制逻辑的调控下,展示出良好的负荷跟踪运行能力,堆芯功率能迅速响应负荷变化,功率超调和温度超调小,反应堆的运行参数始终处于合理的运行范围内。     

新型热泵储电系统的设计方案及其性能分析

文章针对传统热泵储电系统储能密度低、工作温度高等问题,基于新型相变胶囊的换热特性,提出了一种新型热泵储电系统,并对该系统的热力学性能与做功过程进行分析。分析结果表明:新型热泵储电系统的储能密度为271.8 kW·h/m3,比传统热泵储电系统的储能密度增加了221.8 kW·h/m3;新型热泵储电系统在单次、循环充放电过程中的储热效率分别为55.1%,26.9%、在循环充放电过程中的往返效率为69.1%;与以非相变材料作为储能介质的热泵储电系统相比,新型热泵储电系统的充电时间延长了55%。文章所提出的新型热泵储电系统在储能领域具有一定的实用性。     

交替式热泵热机储能系统及效率分析

交替式热泵热机储能系统在用电低谷期转化弃电,在用电高峰期释能发电。对系统布雷顿循环中气体压缩/膨胀、换热、阻力损失等过程进行计算,得到每个过程前后的热力学参数,使用控制变量法分析各因素对效率的影响。在压缩机/透平效率取值0.85～0.95范围内做效率的热等值线图;工质分别选用氩气、氮气、二氧化碳、氨气和空气;由于熔盐受到熔点和器材使用温度的限制,选用储罐中唯一的温度变量低温导热油温度作为分析对象;最后,对换热器的换热温差/流动阻力两项参数同时进行研究。结果表明,透平/压缩机效率每变化1个百分点,总效率分别变化2.165和1.355个百分点。以二氧化碳为工质的系统总效率可达49.7%。低温导热油温度每下降10℃,总效率提高约1.44个百分点。选择换热器时,第一换热器应在低流动阻力的基础上换热温差尽可能小,第二换热器应在低换热温差的基础上流动阻力尽可能小。第一换热器中,流动阻力每增加1kPa,总效率降低约0.688个百分点,换热温差每增加1K,总效率降低约0.176个百分点;第二换热器中,流动阻力每增加1kPa,总效率降低约0.0767个百分点,换热温差每增加1K,总效率降低约0.189个百分点。通过4种物理参考方案设计,确定方案策略为透平/压缩机之间应优先选用更好的透平,且应首先保障第一换热器的低换热温差和第二换热器的低流动阻力。     

氟盐冷却高温堆精细中子通量密度分布计算方法研究

氟盐冷却高温堆(FHR)作为第4代核能系统,对安全性和经济性更加注重。FHR全空间中子通量密度的精细分布数据对于材料构件的辐照损伤计算、放射性源项分析以及辐射屏蔽设计等均有重要意义。针对这一需求,本文采用离散纵标(SN)方法为蒙特卡罗(MC)方法偏倚计算提供所需的源偏倚和权窗参数,使蒙特卡罗粒子均匀地分布于整个计算模型空间,从而有效降低中子通量密度分布计算的统计误差。在该方法的基础上,编写了耦合程序SN2MCNP,并使用该程序对FHR全空间的中子通量密度分布进行了精细计算。经对比验证,在同样的计算时间和统计方法的要求下,单独使用MCNP计算的结果中,只有30.1%的相对误差达到要求(10%),而使用SN2MCNP的计算结果中则有99.6%的相对误差达到要求(10%)。     

1GW固态燃料熔盐堆运行瞬态分析

钍基熔盐堆(Thorium-based Molten Salt Reactor,TMSR)作为一种新的堆型,具有独特的安全与运行特性。研究其热工水力特性,对其进行瞬态分析,将有助于深刻理解该反应堆。本文介绍了1 GW固态熔盐堆的堆芯设计方案,并描述了用于瞬态分析的详细程序结构。其中,利用RELAP5对其热工水力模型进行模拟;利用Simulink对其控制系统模型进行模拟。通过预期运行瞬态,例如功率降低、堆芯反应性引入、二回路温度变化等工况显示了其运行特性,并验证了控制系统可以使反应堆达到安全稳定状态,而不触发保护系统动作。     

第一性原理研究Pt-Zr系统中化合物的生成焓/体模量与原子体积的线性相关性

通过第一性原理的计算方法,研究118种不同结构的Pt-Zr中间化合物,并选取相关的物理性能,如结构稳定性、晶格常数、生成焓、弹性常数以及体模量等进行计算。根据计算得出的生成焓信息,绘制Pt-Zr系统的基态能量曲线。计算得到的物理相关信息为未来的热力学计算和原子尺度模拟提供基础数据。在选取的 Pt-Zr化合物中,存在两组线性相关关系：生成焓与原子体积成正线性相关,而体模量与原子体积成负线性相关关系。     

氟盐冷却球床高温堆燃料管理程序的开发与分析

基于确定论的中子学分析程序在计算氟盐冷却球床高温堆（PB-FHR）时需解决双重非均匀性的燃料球均匀化、燃料球均匀化时出现的泄漏效应及燃料球在堆芯内连续移动与多次通过堆芯的燃料循环模式问题。本文基于DRAGON5与DONJON5程序开发了PB-FHR的燃料管理程序PBMSR，并进行了验证。使用PBMSR对PB-FHR在不同燃料循环模式下进行计算与初步分析，结果显示在多次通过的燃料管理模式下，燃料球的通过次数对最深卸料燃耗影响较小，但对轴向功率分布影响较大。     

氟盐冷却高温堆主冷却剂放射性源项研究

针对氟盐冷却高温堆(FHR)正常运行时主冷却剂放射性源项进行了研究。对主回路源项主要贡献来源及产生原理进行了分析,基于三维蒙特卡罗输运程序KENOⅥ、燃耗分析模块ORIGEN-S及Mathematica程序,对堆芯中子能谱、堆芯源项及主回路源项扩散及活化进行了分析。应用该方法对FHR的一种设计堆型进行了定量分析,结果表明:主回路氚源项相对其他堆的较高,其产生率为5.16×1014 Bq·GWth~(-1)·d~(-1),应采取有效措施限制其向环境的释放。本文结果可为FHR的工程设计、辐射防护设计、氚源项控制、三废处理系统设计等提供参考。     

球形燃料元件中包覆颗粒的分布效应研究

在球形燃料元件中,包覆颗粒的填充因子低于10%,分布具有很大的随机性。本文利用MATLAB程序实现了4种填充的建模方式,即体积等效规则填充、扰动的规则填充、随机的规则填充和完全随机填充模拟燃料球中包覆颗粒的分布。基于固态燃料钍基熔盐堆(Thorium-based Molten Salt Reactor with Solid Fuel,TMSR-SF1)设计中选用的包覆颗粒燃料参数,使用蒙特卡罗程序MCNP6 1.0和ENDF/B VII.0数据库进行了全反射边界条件下的单燃料球临界计算,精确量化了不同的建模方式引起的中子物理特性参数的差异。计算表明,这4种建模方式形成了不同的包覆颗粒聚集程度。包覆颗粒的聚集会导致丹可夫效应的增强,从而增大了中子被燃料吸收的概率,无限增殖因数随之增大,燃料温度系数随之减小。