為滿足核能日益增長(zhǎng)的多元化市場(chǎng)需求,具備多用途、小型化、模塊化等顯著特征的反應(yīng)堆備受世界各國(guó)的青睞。在這樣的背景下本文提出了一種超臨界二氧化碳（S-C02）冷卻的新概念球床反應(yīng)堆（SC-MPBR）,不僅體積小、高度模塊化,還有很高的熱效率。針對(duì)SC-MPBR,本文進(jìn)行了超臨界二氧化碳布雷頓熱力循環(huán)設(shè)計(jì),給出了一種合理的直接循環(huán)方案,確定了循環(huán)熱力參數(shù),并做了初步的反應(yīng)堆熱工設(shè)計(jì),為后續(xù)的CFD分析提供熱工參數(shù)。在球床的局部結(jié)構(gòu)CFD分析中,介紹了球床結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分技術(shù),對(duì)比了接觸點(diǎn)處理方法的影響。通過(guò)分析在不同燃料球分布方式下的接觸點(diǎn)數(shù)目和位置對(duì)球床內(nèi)部流動(dòng)換熱機(jī)理的影響來(lái)提出改善固定球床堆內(nèi)單個(gè)燃料球表面溫度分布的方法。對(duì)比CFD計(jì)算數(shù)據(jù)和KTA計(jì)算值,認(rèn)為KTA在SC-MPBR的熱工設(shè)計(jì)中是保守的。最后,本文介紹了大尺度、中尺度、和小尺度下的溫度分布計(jì)算方法,改進(jìn)了雙溫法（TTM）計(jì)算公式,提出了系數(shù)求解模型,從而可以通過(guò)理論計(jì)算得到更加精確的燃料球溫度分布。并且介紹了燃料球的CFD建模方法,使用CFD模型計(jì)算的數(shù)據(jù)對(duì)TTM計(jì)算值進(jìn)行校驗(yàn),結(jié)果表明TTM計(jì)算方法有很高的精度且適用范... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：65 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１熱力循環(huán)系統(tǒng)尺寸以及循環(huán)熱效率比較??本文中Ｓ－Ｃ０２布雷頓熱力循環(huán)采用如圖２．２所示的再熱再壓縮循環(huán)方式，系統(tǒng)不僅??

參數(shù)的計(jì)算通常需要特定的關(guān)系式，避免線性插值帶來(lái)誤差。Ｃ０２在超臨界狀態(tài)下有很??大的密度，這使得能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)有很小的體積且壓縮機(jī)耗能很小。和氦氣布雷頓循環(huán)相??比，Ｓ－Ｃ０２布雷頓循環(huán)可以在較小的堆芯出口溫度獲得與之相同的循環(huán)熱效率，如圖２．１。???１?６０％?－??Ｉ?５０％?ＣＯ〇＾－＾??＾４０％??Ｔ?§?３０％?當(dāng)今循環(huán)麟率??蒸汽輪機(jī)（２５０?ＭＷｅ?）?？?２〇％?／??Ｗ?１０％?／??氦氣輪機(jī)（３００?ＭＷｅ?）?／??０％???．??????????：??ｍ?＾?２００?３００?４００?５００?６００?７００?８００?９００?１０００??１９ｍ?Ｓ－Ｃ〇２氣輪機(jī)（３００?ＭＷｅ）?祕(mì)出口釀（Ｘ?）??圖２．１熱力循環(huán)系統(tǒng)尺寸以及循環(huán)熱效率比較??本文中Ｓ－Ｃ０２布雷頓熱力循環(huán)采用如圖２．２所示的再熱再壓縮循環(huán)方式，系統(tǒng)不僅??簡(jiǎn)單而且能夠大幅提高循環(huán)熱效率。Ｓ－Ｃ０２從堆芯進(jìn)口進(jìn)入吸收堆芯裂變產(chǎn)生的熱量，??從堆芯出口進(jìn)入氣輪機(jī)做功，帶動(dòng)兩個(gè)壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)工作，氣輪機(jī)排氣首先進(jìn)入高溫??回?zé)崞�，通過(guò)逆向循環(huán)的方式對(duì)準(zhǔn)備進(jìn)入反應(yīng)堆的工質(zhì)加熱，同樣采用逆向循環(huán)的方式??再進(jìn)入低溫丨＂］熱器對(duì)從主壓縮機(jī)流出的１：質(zhì)進(jìn)行加熱。被兩次冷卻的Ｓ－Ｃ０２工質(zhì)進(jìn)行分??流，主流部分進(jìn)入預(yù)冷器被降溫然后進(jìn)入七壓縮機(jī)，Ｗ外？部分工質(zhì)直接進(jìn)入再壓縮機(jī)??然后進(jìn)入高溫丨＂丨熱器與經(jīng)過(guò)低溫回?zé)岬呢浚毫鲄R合。匯合后的ｓ－ｃｏ２工質(zhì)經(jīng)過(guò)高溫回?zé)崞??的回?zé)嵩俅芜M(jìn)入反應(yīng)堆進(jìn)行新一輪的循環(huán)工作。??循環(huán)的熱力參數(shù)需要依據(jù)核能系統(tǒng)的規(guī)模以及用途進(jìn)行優(yōu)化確定

?／??＼?Ｊ：ｌ?Ｉ：?：?Ｗ?／ｍ２ｍ??圖２．３反應(yīng)堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)�。恳鈭D??反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)閣部分參考文獻(xiàn)［１３］，如圖２．３所示，充分考慮將堆芯和氣輪機(jī)一??體化，方便安裝和運(yùn)輸并盡量減少管道銜接帶來(lái)高壓氣體泄漏的可能性。堆芯組件和氣??輪機(jī)根據(jù)需求模塊化，如Ａ－Ａ截面所示。模塊化不僅減小了建造周期，也減小了單個(gè)模??塊承壓管道的直徑，減小了制造難度，增加了設(shè)備的安全性。各模塊的布置不一定要采??用Ａ－Ａ截面所示方式，因?yàn)樽钪行牡慕M件和其他組件不處于對(duì)稱(chēng)位置，勢(shì)必會(huì)為ｆ調(diào)整??功率峰因子而多余采取一些措施，因此堆芯也可做成環(huán)形堆芯，增大換熱面積。且整個(gè)??堆芯均采用金屬材料，在事故狀態(tài)下，可以通過(guò)導(dǎo)熱和自然對(duì)流冷卻堆芯。然而，要達(dá)??到這種設(shè)計(jì)固有安全，不僅要考慮堆芯正常運(yùn)行性能，還要進(jìn)行事故安全分析并進(jìn)彳ｒｆｆｉ??環(huán)再設(shè)計(jì)以確定最終燃料組件的直徑、高度以及整個(gè)堆芯內(nèi)環(huán)和外環(huán)的半徑等參數(shù)。山??７??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]隨機(jī)填充球床通道內(nèi)單相流動(dòng)數(shù)值模擬方法研究[J]. 張楠,孫中寧.  核動(dòng)力工程. 2013(04)
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本文編號(hào)：3603439