熔鹽堆是第四代核能系統(tǒng)的六種候選堆型之一，特殊之處在于采用液態(tài)熔鹽作為燃料，其在固有安全、核燃料循環(huán)、小型化、核資源的有效利用和防止核擴散等方面有其突出的優(yōu)點。鑒于GIF目標和釷基熔鹽快堆在燃料增殖、核廢料嬗變和安全方面具有良好的性能，自2005年，國際上液態(tài)燃料熔鹽堆的設計和研發(fā)工作集中在快譜釷基熔鹽堆技術(shù)研發(fā)，尤其是罐式堆芯結(jié)構(gòu)熔鹽快堆。釷基熔鹽快堆特殊的設計和運行方式，使得釷基熔鹽快堆堆芯中子、緩發(fā)中子先驅(qū)核、溫度和流場內(nèi)在強耦合，導致新的重要的物理效應。隨著計算機技術(shù)發(fā)展，核反應堆多物理場耦合技術(shù)正成為國內(nèi)外研究的前沿。因此，構(gòu)建釷基熔鹽堆多物理綜合仿真模擬平臺，研制釷基熔鹽快堆三維多物理耦合程序，作為熔鹽快堆多物理多尺度耦合分析的有效平臺和工具，對于理解熔鹽快堆多物理耦合的重要特性和優(yōu)化釷基熔鹽快堆的設計，無論是在學術(shù)研究還是在工程應用上都具有重要的現(xiàn)實意義。本論文首先回顧了熔鹽堆發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，介紹了多物理場耦合技術(shù)的發(fā)展及應用，簡述了熔鹽堆多物理耦合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。然后，詳細推導了考慮流體運動影響的熔鹽堆中子輸運方程，通過P1近似、分群理論和雷諾平均法，獲得熔鹽快堆多群中... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：178 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
圖目錄
表目錄
1 緒論
    1.1 熔鹽堆發(fā)展歷史及現(xiàn)狀
    1.2 多物理場耦合發(fā)展及應用
    1.3 熔鹽堆多物理耦合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 本文研究思路和主要內(nèi)容
2 熔鹽快堆多物理耦合模型
    2.1 熔鹽堆中子物理模型
        2.1.1 熔鹽堆中子輸運理論
            2.1.1.1 中子源
            2.1.1.2 通過表面 S 的凈泄漏
            2.1.1.3 在體積 V 內(nèi)發(fā)生碰撞而損失
            2.1.1.4 散射增加
            2.1.1.5 燃料流動效應
            2.1.1.6 熔鹽堆精確中子輸運方程
            2.1.1.7 邊界條件
        2.1.2 熔鹽堆中子擴散理論
            2.1.2.1 熔鹽堆連續(xù)能量中子擴散方程
            2.1.2.2 熔鹽堆多群中子擴散方程
            2.1.2.3 熔鹽快堆多群中子擴散方程
            2.1.2.4 邊界條件
        2.1.3 熔鹽快堆緩發(fā)中子先驅(qū)核
            2.1.3.1 緩發(fā)中子先驅(qū)核濃度守恒方程
            2.1.3.2 邊界條件
        2.1.4 熔鹽快堆臨界模型
    2.2 熔鹽快堆熱工水力模型
        2.2.1 水力模型
            2.2.1.1 質(zhì)量守恒方程
            2.2.1.2 雷諾時均 N-S 方程
            2.2.1.3 標準 k-ε兩方程湍流模型
            2.2.1.4 近壁問題
        2.2.2 傳熱模型
    2.3 本章小結(jié)
3 數(shù)值方法
    3.1 離散方法
        3.1.1 空間離散方法
            3.1.1.1 有限差分法
            3.1.1.2 有限元法
            3.1.1.3 有限體積法
        3.1.2 時間離散方法
            3.1.2.1 顯式方法
            3.1.2.2 Euler 隱式方法
            3.1.2.3 Crank-Nicolson 方法
    3.2 離散方程組基本解法
        3.2.1 代數(shù)方程組解法
        3.2.2 Gauss-Seidel 迭代法
        3.2.3 松弛迭代法
        3.2.4 共軛梯度法（CG）
        3.2.5 雙共軛梯度法（BCG）
        3.2.6 預處理共軛梯度法（PCG）
        3.2.7 預處理雙共軛梯度法（PBiCG）
    3.3 多物理耦合方法
        3.3.1 串行耦合和并行耦合
        3.3.2 內(nèi)耦合和外耦合
        3.3.3 顯式耦合和隱式耦合
    3.4 本章小結(jié)
4 熔鹽快堆多物理耦合程序
    4.1 程序平臺
    4.2 多物理耦合程序
        4.2.1 OpenFOAM 開源庫
        4.2.2 截面處理程序 DRAGON4
        4.2.3 耦合求解器
            4.2.3.1 NF-DNP 耦合求解器
            4.2.3.2 SIMPLE 求解器
            4.2.3.3 PISO 求解器
            4.2.3.4 PIMPLE 求解器
            4.2.3.5 多物理耦合求解器
            4.2.3.6 溫度反饋模型
        4.2.4 前處理和后處理
    4.3 程序驗證
        4.3.1 截面處理程序驗證
        4.3.2 中子學求解器驗證
            4.3.2.1 穩(wěn)態(tài)基準問題
            4.3.2.2 瞬態(tài)基準問題
            4.3.2.3 緩發(fā)中子先驅(qū)核濃度
        4.3.3 熱工水力求解器驗證
            4.3.3.1 穩(wěn)態(tài)比較驗證
            4.3.3.2 瞬態(tài)比較驗證
    4.4 本章小結(jié)
5 小型釷基熔鹽快堆多物理耦合特性
    5.1 小型釷基熔鹽快堆概念設計
    5.2 小型釷基熔鹽快堆穩(wěn)態(tài)耦合特性
        5.2.1 邊界條件
        5.2.2 燃料入口速度效應
        5.2.3 燃料回路衰變效應
        5.2.4 湍流擴散效應
    5.3 小型釷基熔鹽快堆瞬態(tài)耦合特性
        5.3.1 反應性引入
            5.3.1.1 不帶熱工反饋下的湍流擴散效應
            5.3.1.2 帶熱工反饋下的湍流擴散效應
    5.4 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
附錄 A 基準問題描述
參考文獻
發(fā)表文章及獲獎情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]物理-熱工耦合計算方法在熔鹽堆穩(wěn)態(tài)分析中的應用[J]. 郭張鵬,張大林,肖瑤,秋穗正,田文喜,蘇光輝.  原子能科學技術(shù). 2013(11)
[2]未來先進核裂變能——TMSR核能系統(tǒng)[J]. 江綿恒,徐洪杰,戴志敏.  中國科學院院刊. 2012(03)
[3]Steady state investigation on neutronics of a molten salt reactor considering the flow effect of fuel salt[J]. 張大林,秋穗正,劉長亮,蘇光輝.  中國物理C. 2008(08)



本文編號：3434826