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,其等效導熱系數(shù)是計算彌散微封裝燃料等效導熱系數(shù)的重要基礎。本文首先從球坐標下基本導熱方程出發(fā),基于多相固體宏觀等效導熱理論,建立了TRISO燃料顆粒等效導熱系數(shù)理論計算模型;然后,結合固-固二元復合材料等效導熱系數(shù)Chiew-Glandt模型分析了鋯基微封裝燃料（M3）芯體等效導熱系數(shù)。結果表明,本文開發(fā)的模型可有效模擬TRISO燃料等效導熱系數(shù)。基于開發(fā)的TRISO等效導熱系數(shù)模型計算獲得了全陶瓷微封裝燃料（FCM）的等效導熱系數(shù)。 

【文章來源】：核動力工程. 2020,41(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

TRISO燃料顆粒示意圖

體導熱系數(shù)基于Snead模型計算得到[15]，并考慮了輻照的影響[16]。在此基礎之上，基于本文開發(fā)的TRISO顆粒等效導熱系數(shù)模型和固-固二元復合材料等效導熱Chiew-Glandt模型，計算了不同填充率下FCM燃料等效導熱系數(shù)。圖4為UN燃料、SiC基體和TRISO顆粒等效導熱系數(shù)隨溫度變化。可見，受SiC導熱系數(shù)的影響，TRISO燃料顆粒等效導熱系數(shù)都呈先增加后減少的變化趨勢（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燃料的等效導熱系數(shù)對比�？梢姡跍囟容^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

錢立波等：TRISO燃料顆粒等效導熱系數(shù)理論模型研究73aUN芯塊bSiC基體cTRISO顆粒圖4UN芯塊、SiC基體、TRISO顆粒的等效導熱系數(shù)Fig.4EffectiveThermalConductivityCoefficientofUNPellet,SiCMatrixandTRISOParticle圖5FCM與M3燃料等效導熱系數(shù)對比Fig.5ComparisonofEffectiveThermalConductivityCoefficientofFCMandM3域（>1300K），M3燃料等效導熱系數(shù)均高于FCM燃料，但在采用彌散燃料的典型的三環(huán)路電廠反應堆穩(wěn)態(tài)工況對應燃料芯體溫度[17]范圍內（800~1300K），F(xiàn)CM燃料等效導熱系數(shù)顯著高于M3燃料，即采用FCM燃料的堆芯儲熱較低，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燃料顆粒等效導熱系數(shù)遠小于SiC基體（圖4b、圖4c）以及鋯合金基體，當燃料顆粒填充率增加時，TRISO顆粒相體積增加，導致FCM燃料芯體和M3燃料芯體等效導熱系數(shù)降低。4結論本文基于多相固體宏觀等效導熱理論，建立了TRISO燃料顆粒等效導熱系數(shù)計算模型，并基于國內外理論模型、數(shù)值計算模型對TRISO燃料顆粒等效導熱系數(shù)模型進行了驗證，得到以下結論：（1）本文開發(fā)的TRISO燃料顆粒等效導熱系數(shù)模型可有效模擬TRISO顆粒等效導熱系數(shù)。在實際應用中，可首先確定考慮孔隙率、燃耗等影響因素的各層材料導熱系數(shù)，隨后根據(jù)本模型計算TRISO燃料顆粒等效導熱系數(shù)。（2）對于FCM燃料，由于TRISO顆粒等效導熱系數(shù)小于SiC基體，因此隨著TRISO顆粒填充率增加，F(xiàn)CM燃料等效導熱系數(shù)降低。（3）在大破口失水事故溫度范圍內，F(xiàn)CM燃料等效導熱系數(shù)高于M3燃料。參考文獻：[1]徐世江.高溫氣冷堆燃料元件發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J].核動力工?

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]釷基氟鹽冷卻高溫堆TRISO包覆燃料顆粒結構優(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.  核技術. 2019(08)
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[4]高溫氣冷堆燃料元件發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J]. 徐世江.  核動力工程. 1994(06)
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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性能研究[D]. 曹芳成.上海交通大學 2018



本文編號：3274184