熱管冷卻反應(yīng)堆（簡(jiǎn)稱(chēng)"熱管堆"）高溫運(yùn)行下的結(jié)構(gòu)熱膨脹效應(yīng)會(huì)顯著影響反應(yīng)堆的傳熱和中子物理輸運(yùn)過(guò)程。本文提出了一種考慮固體堆芯顯著膨脹的幾何更新和反應(yīng)性反饋方法,并構(gòu)建了基于動(dòng)態(tài)幾何的中子物理/熱工/力學(xué)3場(chǎng)核熱力耦合分析程序。在核熱力耦合中主要考慮溫度引起微觀截面的變化、材料密度的變化以及熱膨脹引起堆芯尺寸的變化�；谔岢龅暮藷崃︸詈戏椒�,對(duì)MegaPower熱管堆進(jìn)行了核熱力耦合分析,分析了不同松弛因子下,堆芯功率分布和徑向功率因子的收斂性。核熱力計(jì)算表明,熱膨脹造成堆芯邊通道的中子泄漏增加,從而產(chǎn)生負(fù)反應(yīng)性反饋;同時(shí),邊通道中子泄漏增加加劇了功率分布的不均勻性,傳熱惡化,考慮核熱力耦合后,徑向功率因子從非耦合情形的1.20提升到1.23,燃料峰值溫度增加11 K。 

【文章來(lái)源】：核動(dòng)力工程. 2020,41(04)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

核熱力耦合迭代流程

本文選取5 MW熱功率MegaPower熱管堆作為研究對(duì)象，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。該熱管堆由6個(gè)形狀大小相同的梯形單元旋轉(zhuǎn)排列而成，每個(gè)重復(fù)單元包含352根燃料棒和204根熱管，每根熱管周?chē)?根燃料棒等間距排布。熱管堆中心留有安全棒通道，外層由A12O3構(gòu)成的圓柱體形反射層，中間設(shè)置12個(gè)控制鼓。熱管工質(zhì)為鉀金屬。參照LANL[10]與美國(guó)愛(ài)德華實(shí)驗(yàn)室（INL)[11]公布的該熱管堆的具體參數(shù)，取堆芯活性區(qū)中間截面，采用二維1/6堆芯模型進(jìn)行研究，對(duì)該堆進(jìn)行了RMC的堆芯中子輸運(yùn)建模和ANSYS Mechanical程序的熱-力計(jì)算模型建模。2.2 核熱力耦合計(jì)算與分析

對(duì)于熱力耦合計(jì)算，考慮耦合效應(yīng)后，燃料棒峰值溫度上升了11 K，而基體的峰值應(yīng)力和基體的峰值溫度基本不變，堆芯整體的溫度分布如圖5a所示。相比于熱力耦合對(duì)反應(yīng)性的反饋，熱力耦合計(jì)算對(duì)堆芯溫度、應(yīng)力場(chǎng)的影響小得多。這是由Mega Power熱管堆設(shè)計(jì)方案的一體化堆芯的固有特點(diǎn)導(dǎo)致的，在MegaPower熱管堆堆芯中，一體化堆芯沒(méi)有包殼、熱管壁等結(jié)構(gòu)，氣隙僅存在于燃料和基體之間，因此因?yàn)榕蛎泿?lái)的氣隙改變對(duì)堆芯整體的應(yīng)力/應(yīng)變和溫度的影響相對(duì)較小。值得注意的是，Mega Power熱管堆堆芯設(shè)計(jì)方案中，堆芯熱阱（熱管）和燃料峰值溫度間的溫差僅為75 K；考慮耦合效應(yīng)后，11 K的燃料溫升依然是一個(gè)可觀的量。在傳統(tǒng)壓水堆中，考慮熱工反應(yīng)性反饋效應(yīng)后，對(duì)堆芯的功率分布有展平效果從而使得峰值燃料/包殼溫度有降低的趨勢(shì)。然而，在固態(tài)反應(yīng)堆中，考慮耦合效應(yīng)后，堆芯的功率分布不均勻性進(jìn)一步加劇，堆芯峰值溫度高于非耦合情形。圖4 不同功率和幾何松弛因子下核熱力耦合迭代中徑向功率因子的收斂曲線(xiàn)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熱管冷卻反應(yīng)堆的興起和發(fā)展[J]. 余紅星,馬譽(yù)高,張卓華,柴曉明.  核動(dòng)力工程. 2019(04)



本文編號(hào)：3064475