三層各向同性碳包覆（TRISO）燃料顆粒由核芯和4層包覆層組成,具有良好的裂變產(chǎn)物包容能力,其等效導(dǎo)熱系數(shù)是計(jì)算彌散微封裝燃料等效導(dǎo)熱系數(shù)的重要基礎(chǔ)。本文首先從球坐標(biāo)下基本導(dǎo)熱方程出發(fā),基于多相固體宏觀等效導(dǎo)熱理論,建立了TRISO燃料顆粒等效導(dǎo)熱系數(shù)理論計(jì)算模型;然后,結(jié)合固-固二元復(fù)合材料等效導(dǎo)熱系數(shù)Chiew-Glandt模型分析了鋯基微封裝燃料（M3）芯體等效導(dǎo)熱系數(shù)。結(jié)果表明,本文開(kāi)發(fā)的模型可有效模擬TRISO燃料等效導(dǎo)熱系數(shù)�；陂_(kāi)發(fā)的TRISO等效導(dǎo)熱系數(shù)模型計(jì)算獲得了全陶瓷微封裝燃料（FCM）的等效導(dǎo)熱系數(shù)。 

【文章來(lái)源】：核動(dòng)力工程. 2020,41(06)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

TRISO燃料顆粒示意圖

體導(dǎo)熱系數(shù)基于Snead模型計(jì)算得到[15]，并考慮了輻照的影響[16]。在此基礎(chǔ)之上，基于本文開(kāi)發(fā)的TRISO顆粒等效導(dǎo)熱系數(shù)模型和固-固二元復(fù)合材料等效導(dǎo)熱Chiew-Glandt模型，計(jì)算了不同填充率下FCM燃料等效導(dǎo)熱系數(shù)。圖4為UN燃料、SiC基體和TRISO顆粒等效導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化。可見(jiàn)，受SiC導(dǎo)熱系數(shù)的影響，TRISO燃料顆粒等效導(dǎo)熱系數(shù)都呈先增加后減少的變化趨勢(shì)（圖4b、圖4c）。圖5為不同TRISO燃料顆粒填充率下M3燃料（采用UN核芯）和FCM燃料的等效導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比。可見(jiàn)，在溫度較低（800K）和溫度較高區(qū)圖3彌散微封裝燃料代表性特征單元幾何模型Fig.3GeometricModelofDispersedFuelRepresentativeVolumeElement

錢(qián)立波等：TRISO燃料顆粒等效導(dǎo)熱系數(shù)理論模型研究73aUN芯塊bSiC基體cTRISO顆粒圖4UN芯塊、SiC基體、TRISO顆粒的等效導(dǎo)熱系數(shù)Fig.4EffectiveThermalConductivityCoefficientofUNPellet,SiCMatrixandTRISOParticle圖5FCM與M3燃料等效導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比Fig.5ComparisonofEffectiveThermalConductivityCoefficientofFCMandM3域（>1300K），M3燃料等效導(dǎo)熱系數(shù)均高于FCM燃料，但在采用彌散燃料的典型的三環(huán)路電廠反應(yīng)堆穩(wěn)態(tài)工況對(duì)應(yīng)燃料芯體溫度[17]范圍內(nèi)（800~1300K），F(xiàn)CM燃料等效導(dǎo)熱系數(shù)顯著高于M3燃料，即采用FCM燃料的堆芯儲(chǔ)熱較低，有利于降低大破口失水事故后果。此外，由圖5可知，F(xiàn)CM燃料和M3燃料等效導(dǎo)熱系數(shù)隨著TRISO顆粒填充率的增加而降低，這是由于TRISO燃料顆粒等效導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于SiC基體（圖4b、圖4c）以及鋯合金基體，當(dāng)燃料顆粒填充率增加時(shí)，TRISO顆粒相體積增加，導(dǎo)致FCM燃料芯體和M3燃料芯體等效導(dǎo)熱系數(shù)降低。4結(jié)論本文基于多相固體宏觀等效導(dǎo)熱理論，建立了TRISO燃料顆粒等效導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算模型，并基于國(guó)內(nèi)外理論模型、數(shù)值計(jì)算模型對(duì)TRISO燃料顆粒等效導(dǎo)熱系數(shù)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，得到以下結(jié)論：（1）本文開(kāi)發(fā)的TRISO燃料顆粒等效導(dǎo)熱系數(shù)模型可有效模擬TRISO顆粒等效導(dǎo)熱系數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，可首先確定考慮孔隙率、燃耗等影響因素的各層材料導(dǎo)熱系數(shù)，隨后根據(jù)本模型計(jì)算TRISO燃料顆粒等效導(dǎo)熱系數(shù)。（2）對(duì)于FCM燃料，由于TRISO顆粒等效導(dǎo)熱系數(shù)小于SiC基體，因此隨著TRISO顆粒填充率增加，F(xiàn)CM燃料等效導(dǎo)熱系數(shù)降低。（3）在大破口失水事故溫度范圍內(nèi)，F(xiàn)CM燃料等效導(dǎo)熱系數(shù)高于M3燃料。參考文獻(xiàn)：[1]徐世江.高溫氣冷堆燃料元件發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)[J].核動(dòng)力工?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]固-固二元復(fù)合材料等效導(dǎo)熱系數(shù)模型研究綜述及評(píng)價(jià)[J]. 錢(qián)立波,余紅星,孫玉發(fā),鄧堅(jiān),吳丹,李仲春,黃濤.  原子能科學(xué)技術(shù). 2020(03)
[2]釷基氟鹽冷卻高溫堆TRISO包覆燃料顆粒結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析[J]. 房勇漢,蔡翔舟,陳金根,胡繼峰,李曉曉,余呈剛,伍建輝,崔德陽(yáng).  核技術(shù). 2019(08)
[3]鋯基彌散微封裝燃料等效傳熱系數(shù)數(shù)值模擬研究[J]. 李垣明,唐昌兵,余紅星,陳平,周毅.  核動(dòng)力工程. 2018(02)
[4]高溫氣冷堆燃料元件發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)[J]. 徐世江.  核動(dòng)力工程. 1994(06)
[5]多相固體的等效導(dǎo)熱系數(shù)[J]. 張培源,嚴(yán)波.  重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 1989(06)

博士論文
[1]碳化硅基包覆型核燃料顆粒的氧化行為和熱導(dǎo)性能研究[D]. 曹芳成.上海交通大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3274184