【摘要】：鉛冷快堆具有良好的中子學(xué)、熱工水力特性以及固有安全性,是發(fā)展?jié)摿薮蟮牡谒拇磻?yīng)堆。由于鉛冷快堆多采用池式結(jié)構(gòu),在反應(yīng)堆內(nèi)存在一些復(fù)雜的冷卻劑流動(dòng)和三維熱工水力現(xiàn)象,如冷卻劑局部攪混和熱分層現(xiàn)象。這些現(xiàn)象會(huì)影響主冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)熱工參數(shù)的變化,而這些局部的三維現(xiàn)象又嚴(yán)重依賴(lài)于系統(tǒng)尺度所決定的邊界條件。傳統(tǒng)系統(tǒng)安全分析程序采用一維模型,無(wú)法準(zhǔn)確模擬池式堆中的三維現(xiàn)象,而由于計(jì)算機(jī)條件限制,CFD程序暫無(wú)法開(kāi)展整個(gè)反應(yīng)堆系統(tǒng)級(jí)別的模擬。為了克服這些困難,系統(tǒng)-CFD多尺度耦合分析程序ATHLET-OpenFOAM得到了開(kāi)發(fā)。本文基于此耦合分析程序,采用中等模塊化鉛冷快堆M2LFR-1000為研究對(duì)象,開(kāi)展池式鉛冷快堆的一回路主冷卻劑系統(tǒng)多尺度瞬態(tài)熱工安全特性研究,進(jìn)一步評(píng)估M2LFR-1000的瞬態(tài)安全特性。本文的主要研究工作包括:(1)對(duì)M2LFR-1000設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹,描述了該反應(yīng)堆的總體系統(tǒng)以及堆芯重要組件設(shè)計(jì);對(duì)本文開(kāi)展多尺度瞬態(tài)熱工安全特性研究的工具ATHLET-OpenFOAM耦合分析程序進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹,為鉛冷快堆的多尺度瞬態(tài)熱工安全特性研究奠定基礎(chǔ)。(2)對(duì)ATHLET-OpenFOAM耦合分析程序開(kāi)展了相應(yīng)的驗(yàn)證,包含簡(jiǎn)單鉛冷開(kāi)式回路、簡(jiǎn)單鉛冷閉式回路以及復(fù)雜閉式回路,驗(yàn)證結(jié)果表明耦合分析程序在耦合接口處熱工水力參數(shù)傳遞具有足夠的準(zhǔn)確性和收斂性,能準(zhǔn)確地模擬池式結(jié)構(gòu)中局部三維現(xiàn)象對(duì)冷卻劑回路瞬態(tài)熱工水力參數(shù)的動(dòng)態(tài)響應(yīng),能夠用于池式鉛冷快堆M2LFR-1000典型事故工況下的多尺度瞬態(tài)熱工安全特性研究。(3)基于多尺度耦合程序ATHLET-OpenFOAM對(duì)M2LFR-1000的一回路主冷卻劑系統(tǒng)開(kāi)展瞬態(tài)熱工安全分析,詳細(xì)研究了在有保護(hù)失流事故(PLOF)以及無(wú)保護(hù)失流事故(ULOF)下M2LFR-1000一回路主冷卻劑系統(tǒng)各主要熱工參數(shù)的變化規(guī)律以及上腔室的復(fù)雜三維現(xiàn)象,結(jié)果表明在事故過(guò)程中上腔室復(fù)雜三維效應(yīng)對(duì)冷卻劑系統(tǒng)有一定的影響,但M2LFR-1000在事故工況下仍然具有足夠的安全性。本文實(shí)現(xiàn)了對(duì)池式鉛冷快堆一回路主冷卻劑系統(tǒng)更精確的瞬態(tài)熱工安全特性研究,揭示了池式鉛冷快堆在失流事故中熱分層、冷卻劑攪混等典型三維熱工現(xiàn)象對(duì)相關(guān)熱工參數(shù)的影響,相關(guān)研究成果進(jìn)一步豐富了鉛冷快堆瞬態(tài)熱工安全特性研究方法,對(duì)推動(dòng)鉛冷快堆的發(fā)展提供一定的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TL433
【圖文】：

全分析對(duì)提高鉛冷快堆安全具有重要意義。本章對(duì)論文的主要研宄對(duì)象中型模塊逡逑化驅(qū)動(dòng)循環(huán)鉛冷快堆Ｍ２ＬＦＲ－１０００現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案以及多尺度耦合方法分析工具逡逑ＡＴＨＬＥＴ－ＯｐｅｔｉＦＯＡＭ耦合程序進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。逡逑２．１邋Ｍ２ＬＦＲ－１０００反應(yīng)堆總體設(shè)計(jì)逡逑２．１．１總體介紹逡逑基于各代反應(yīng)堆設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)實(shí)可行的技術(shù)＆材料，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理逡逑學(xué)院的陳紅麗教授設(shè)計(jì)了中型模塊化驅(qū)動(dòng)循環(huán)鉛冷快堆Ｍ２ＬＦＲ－１０００（邋１０００－ＭＷｔ逡逑Ｍｅｄｉｕｍ－ｐｏｗｅｒ邋Ｍｏｄｕｌａｒ邋Ｌｅａｄ－ｃｏｏｌｅｄ邋Ｆａｓｔ邋Ｒｅａｃｔｏｒ），并完成了邋總體方案設(shè)計(jì)以及初逡逑步的熱工水力分析和安全分析【３２〗。逡逑Ｍ２ＬＦＲ－１０００主熱傳輸系統(tǒng)由３個(gè)冷卻劑回路系統(tǒng)組成。一回路系統(tǒng)所用工逡逑質(zhì)為液態(tài)鉛，正常工況下由泵驅(qū)動(dòng)循環(huán)流動(dòng)，事故工況下有一定的自然循環(huán)能力。逡逑二回路系統(tǒng)采用朗肯循環(huán)，所用工質(zhì)為水／過(guò)熱水蒸氣（壓力為１８ＭＰａ）。三回路系逡逑統(tǒng)（最終熱阱）采用空氣冷卻方式，如圖２．１所示，熱傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表２．丨。逡逑

２．１．３堆芯布置及組件結(jié)構(gòu)逡逑Ｍ２ＬＦＲ－１０００反應(yīng)堆堆芯包括了邋３３５個(gè)燃料組件、１２個(gè)控制棒組件、１２個(gè)安逡逑全棒組件和１３２個(gè)啞組件。為了展平功率和對(duì)燃料進(jìn)行管理，燃料組件被分為內(nèi)逡逑外兩區(qū)，內(nèi)區(qū)共１６３個(gè)燃料組件，外區(qū)共１９２個(gè)燃料組件�；钚詤^(qū)高度ｌｍ，等逡逑效直徑４．０４８ｍ。堆芯呈扁平狀結(jié)構(gòu)。圖２．３表示了堆芯布置。總體堆芯設(shè)計(jì)參數(shù)逡逑見(jiàn)表２．２。Ｍ２ＬＦＲ－１０００燃料組件采用８層排布，燃料棒間距１４ｍｍ，每個(gè)燃料組逡逑件中有１６９根燃料棒，通過(guò)５層定位格架固定，如圖２．４。Ｍ２ＬＦＲ－１０００燃料棒采逡逑用圓柱形結(jié)構(gòu)，燃料棒上下兩端有屏蔽層和端塞，燃料組件設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表２．３。逡逑表２．２邋Ｍ２ＬＦＲ－１０００總體堆芯設(shè)計(jì)參數(shù)逡逑邐反應(yīng)堆邐革新型反應(yīng)堆邐逡逑燃料組件數(shù)目邐３５５逡逑內(nèi)區(qū)燃料富集度邐Ｐｕ0２ｌ５．９％＋Ｕ０２８４．１％逡逑外區(qū)燃料富集度邐Ｐｕ０２１９．４％＋ＵＯ２８０．６％逡逑控制棒組件數(shù)目邐１２逡逑

Ｍ２ＬＦＲ－１０００反應(yīng)堆中的單個(gè)控制棒／安全棒組件在堆芯所占位置與單個(gè)燃逡逑料棒組件所占空間相同。控制棒／安全棒組件布置在導(dǎo)向管中，采用多棒設(shè)計(jì)。逡逑Ｍ２ＬＦＲ－１０００的控制棒組件以及安全棒組件的徑向結(jié)構(gòu)布置如圖２．５以及圖２．６逡逑１２逡逑

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