Churchill-Chu关系式在极薄金属层内传热的适用性研究

在假设的堆芯融毁事故中,反应堆压力容器的下封头内可能会形成分层的熔池结构。底部重金属层的形成会导致熔池顶部的金属层高度逐渐降低,使得顶部金属层的侧壁热聚焦效应逐渐增强,压力容器有可能会失效。本文通过开展HELM?LR试验,针对薄金属层在低高度条件下的传热进行了研究。结果表明,Churchill?Chu径向传热关系式在低高度的条件下依然适用。Churchill?Chu关系式在低高径比且以水为工质的条件下,计算结果偏不保守。将Churchill?Chu关系式运用到反应堆的熔池结构案例中发现,随着氧化物层衰变功率的增大和薄金属层高度的降低,氧化物层的等温边界假设将不再适用;虽然薄金属层侧壁的热聚焦效应仍会随其高度的降低而逐渐增强,但增加速度变缓慢。     

核反应堆试验台架比例分析方法的发展和应用

比例分析方法为建立合理的反应堆安全系统缩比试验台架提供了理论基础。本文结合比例分析方法的发展,探讨了不同比例方法的特点,并总结了部分已有台架的比例设计概念及评价,为反应堆系统试验台架比例方法的选取提供了参考。结果表明,线性比例方法中的加速度比例项使其应用受到限制;功率-体积法是一种简单有效的比例方法,但瘦高台架的特点也使此方法存在不可避免的弱点;H2TS（HierarchicalTwo-TieredScaling）方法以PIRT（PhenomenaIdentificationRankingTable）表为基础,对系统中重要整体过程和局部过程均进行了比例分析,其发展的相似准则中含有流体物性比例项,为台架比例概念的发展提供了条件。我国将以H2TS方法为指导建立非能动堆芯冷却系统试验台架ACME。     

ACME试验台架典型小破口工况试验及数值分析

对我国首个大型非能动堆芯冷却系统整体试验台架（ACME）中的典型小破口事故进行了试验及数值分析。分析结果表明：在ACME上开展的典型小破口试验,其事故序列及试验现象符合预期;RELAP5数值分析的主要结果能较好地反映试验现象,与试验结果吻合良好;堆芯棒束区相间摩擦模型的选用对堆芯坍塌液位的计算有较大影响,在不同阶段选用不同的模型可使计算结果更好地与试验值相匹配。     

比例试验台架中的储热分析

在模拟原型电站事故瞬态的整体性能试验台架中,金属结构的储热问题直接影响台架的模拟范围和试验结果。基于传热基本理论建立了3种储热分析方法,进而对缩比试验台架中的储热问题进行深入分析,并应用集总参数法和积分功率法对我国正在建造的ACME台架压力容器储热释放的瞬态过程和积分平均总能量进行分析和评价。结果表明：3种储热分析方法的相似要求是逐渐减少的;缩比试验台架设计中,在满足整体自然循环现象相似的前提下,储热释放过程不能保证严格的相似;ACME台架压力容器壁面的储热,在快速降压瞬态过程中的早期阶段很快被释放出来,不会对系统的长期行为产生较大影响,且储热积分平均总能量的比例失真在可接受范围内。     

基于Relap5的ACME台架全厂断电整体试验数值分析

针对我国大型非能动堆芯冷却系统整体试验（ACME）台架开展的全厂断电（SBO）整体效应试验,利用Relap5程序进行了建模和数值模拟,并进行了参数的比对分析,结果表明:Relap5数值模型可较好地再现ACME台架SBO整体试验的主要事故进程,其事故序列、关键热工水力现象均与试验结果一致;对于堆芯与非能动余热排出换热器（PRHR HX）和堆芯补水箱（CMT）间的自然循环现象,Relap5计算的自然循环流量偏高,自然循环瞬态过程较试验过程偏快;对于主回路系统（RCS）瞬态压力和稳压器水位峰值,Relap5的计算结果是保守的,存在安全裕量。      

PRHRS隔离阀前后破口事故对非能动堆芯冷却系统的影响分析

对于AP型核电站小破口失水事故(SBLOCA)试验进程,国内外有较为一致的认识,但对于相同尺寸破口在不同破口位置对试验进程、非能动堆芯冷却系统的影响仍需进一步研究。本文利用大型非能动堆芯冷却整体试验台架ACME开展了非能动余热排出系统（PRHRS）隔离阀前后破口事故试验工况研究,并以堆芯补水箱（CMT）侧冷管底部破口事故工况作为对比工况。试验结果表明：ACME开展的PRHRS隔离阀前后破口事故模拟工况事故进程符合典型SBLOCA进程,堆芯始终处在良好的冷却状态,非能动堆芯冷却系统的安全性得到有效验证;相同破口尺寸工况下,不同破口位置对事故进程有一定的影响,其中破口位置对CMT液位、安注流量的影响较为关键。对比工况中,PRHRS设备换热量也有较大不同,冷管破口和隔离阀后破口工况较隔离阀前破口工况换热量更大,但PRHRS换热管内部流动换热机理需进一步研究。     

ACME台架全厂断电事故试验研究

为研究AP型非能动核电厂全厂断电事故下的运行特性,利用大型非能动堆芯冷却系统整体试验（ACME）台架开展了试验研究,分析了主要的试验进程和关键参数的变化特点。研究结果表明：ACME台架全厂断电试验的事故序列及试验现象与已有分析一致,符合预期,试验再现了AP型非能动核电厂全厂断电的事故进程;在整个事故过程中,稳压器水位升高,但未发生满溢,非能动余热排出（PRHR）系统换热功率可与衰变功率达到平衡,堆芯余热可有效载出;堆芯补水箱（CMT）和安全壳内置换料水箱（IRWST）初始条件对非能动余热排出阶段的事故进程具有重要影响,在1列CMT投入失效或IRWST异常等不利初始条件下,模化后的非能动堆芯冷却系统(PXS)仍可满足事故验收准则。     

核电站最佳估算安全分析中的不确定度评估方法分析

不确定度评估是核电站最佳估算安全分析中的重要一环。本文对不确定度的来源和不确定度评估方法进行了概述,将不确定度评估方法分为统计类和确定类两种,总结了统计类不确定度评估方法的一般流程。从计算代价和计算准确度等方面对各种不确定度评估方法进行了比较。分析结果表明,目前非参数抽样结合复杂热工水力模型的方法是不确定度评估最佳选择,该方法在满足"95/95准则"的前提下易实现,且计算代价较小。     

CAP1400核电站非能动安全系统试验验证

CAP1400是我国在引进消化AP1000的基础上自主研发的大型非能动压水堆核电站,其安全系统采用非能动设计理念,由自然力/过程来驱动,在事故工况下执行安全功能时无需外部动力电源。CAP1400配置了三道非能动安全系统:非能动堆芯冷却系统(PXS)、非能动安全壳冷却系统(PCS)和熔融物对内滞留(IVR)。相对于现有商用压水堆核电站采用的能动安全系统,非能动安全系统的设计原理与之有着本质区别,两者的事故进程与物理现象也存在很大差异,且CAP1400较AP1000具有更高的堆芯功率,因此,CAP1400安全评审要求对各道非能动安全系统开展试验验证。为此,针对CAP1400的PXS、PCS和IVR的试验验证,设计并建造了包含2个大型整体及5个单项的试验台架,开展了广泛的试验研究。本文对CAP1400非能动系统总体试验情况,整体及关键单项台架的主要技术创新特点,代表性的试验结果进行了介绍。相比原有AP600/1000开展的非能动系统试验,这些台架在试验参数范围、模拟相似性等方面均有提升。通过试验结果及分析,研究了非能系统的事故响应特性及关键物理现象,改进了相关关联式或扩宽了其适用范围,为CAP1400的安全评审及相关安全分析程序验证提供了试验结果支撑。     

三维MORN试验能量分配比和安全裕量研究

MORN试验对三维氧化物层的熔池传热进行了试验研究,试验工质为水和硝酸盐。结果表明,不同下冷却边界会影响熔池温度和能量分配比。水冷条件下,熔池壁面热流密度分布差异很大,最大值为最小值的6.5～7.9倍。当熔池上下冷却边界相同时,向上/向下的能量分配比近似为100%。能量分配比不仅取决于上下冷却边界的种类,可能还取决于上下冷却边界是否进行了充分冷却,即能量分配比并不一定总为100%。将MORN-Nitrate的壁面热流密度分布经验关系式运用到AP1000压力容器下封头壁面热流密度计算中,结果表明,AP1000在出现堆芯融毁事故时,下封头不会失效,IVR有效。