液态金属堆内小长径比同轴双层薄壁结构的流固耦合试验研究

池式液态金属堆的主容器与热屏之间具有狭窄的流体间隙,该结构属于含窄缝间隙的小长径比同轴双层柔性壳体。窄缝间隙中流体与结构之间相互作用产生的流固耦合效应在抗震分析时必须加以考虑。现有研究主要针对长径比较大和流体间隙相对较大的圆柱壳体,对于小长径比和极小流体间隙的同轴柔性壳体研究较为缺乏。本文参考液态金属反应堆的结构设计了三种不同尺寸的窄缝间隙,开展窄缝间隙条件小长径比同轴双层壳体模型的振动试验,测量结构在不同间隙尺寸下的加速度,得到模态频率和主要振型。然后,使用有限元法进行模态分析,通过与试验结果的对比,验证了有限元法的准确性。最后,计算出不同间隙尺寸下模型的附加质量;且随着间隙尺寸的减小,模型附加质量随之增大。本研究可为类似的含窄缝小长径比同轴双层柔性壳体结构的抗震设计提供数据支持,对于液态金属堆的抗震分析具有重要意义。

高温铅铋轴流泵叶轮冲磨蚀特性研究

为研究铅铋轴流泵叶轮冲磨蚀特性,基于液态铅铋的冲磨蚀破坏机理分析,利用边界层理论建立冲磨蚀数学模型,采用SST k-ω湍流模型对0.8Q_(d)、1.0Q_(d)和1.2Q_(d)三种方案下泵内流动进行数值计算,获得了叶片冲磨蚀分布及壁面流速、流态、壁面熵产率与冲磨蚀的影响关系。结果表明:高冲磨蚀区域主要分布在叶片进口边靠近泵壳一侧;随铅铋泵入口流量增加和壁面流态紊乱加剧,叶片受冲磨蚀影响增大;当液态铅铋的最大流速不高于10m/s时,叶片受冲磨蚀影响较小,而最大流速高于10m/s时,叶片表面冲磨蚀急剧加重;叶片表面高冲磨蚀区域是高壁面熵产率主要分布区域,且液态铅铋的冲磨蚀行为与壁面熵产率呈正相关关系。

基于子通道程序的铅铋反应堆失流事故不确定性分析

子通道程序是反应堆热工领域的重要计算工具,利用不确定性分析方法能够有效识别和量化程序输入参数和模型假设的不确定性,从而提高程序的可靠性,为热工水力参数设计提供更可靠的参考依据。本文基于子通道程序SUBCHANFLOW,对10 MW小型铅铋反应堆在稳态和失流事故瞬态情况下进行了不确定性分析。首先,建立了全堆芯子通道模型,并确定了可能影响目标参数的输入参数。随后,采用最优拉丁超立方抽样方法在输入参数分布范围内采样,并输入到SUBCHANFLOW中得到失流事故瞬态和稳态情况下的不确定带。最后,通过灰色关联度分析,对瞬态和稳态敏感性进行了评估。计算结果表明:在瞬态和稳态情况下,目标参数的不确定带均能包络名义值;在瞬态情况下,芯块最高温度容忍上限为674.55℃,包壳最高温度容忍上限为618.31℃,且各参数计算精度基本小于7%;目标参数的不确定性主要来自入口温度、燃料棒高度、出口压力、总功率和包壳热导率等参数,其中入口温度影响最大。本研究揭示了在失流事故瞬态和稳态条件下,SUBCHANFLOW程序的计算不确定性以及各参数对系统响应的敏感性差异,有助于进一步优化和改进反应堆设计和运行策略,提高铅铋反应堆的安全性和可靠性。

序言 钠冷快堆热工水力

在21世纪全球能源格局的深刻变革中,面对化石能源资源日益枯竭与环境污染加剧的双重挑战,能源结构的转型升级已成为时代赋予我们的紧迫使命。核能以其高能量密度、清洁排放及对环境影响小的独特优势,成为了推动能源革命的关键力量。

小型钠冷快堆电源建模及安全特性研究

为了研究小型钠冷快堆堆芯耦合斯特林动力转换系统的安全运行特性,文章基于RELAP/GSE联合MATLAB/Simulink平台建立了钠冷堆芯、一二回路钠系统、斯特林热电转换系统及辅助系统的全系统仿真模型,并通过斯特林效率分析以及参数稳态计算值与设计值的比较验证了仿真模型的合理性。通过对小型钠冷快堆典型事故工况进行仿真分析,结果表明,小型钠冷快堆电源具有良好的安全特性。该文章成果可为小型钠冷快堆核电源的总体设计、控制特性研究和事故分析提供工具和理论参考。

钠冷快堆二回路主冷却系统水锤数值模拟分析

为研究水锤现象对钠冷快堆主冷却系统安全稳定运行的影响,借助某数值模拟软件对系统在不同工况下的瞬态水锤特性进行研究。结果表明:停泵不关阀时系统不会出现水锤现象;一条支路瞬时关阀时所有支路会出现严重的水锤现象;当钠泵和所有支路的阀门同时关闭时管路中的水锤现象最明显,延长两者的关闭时间、关闭间隔时间或在阀前后加入新的设备都可减弱水锤现象。最后,从反应堆的设计阶段、施工阶段和运行阶段分别提出预防及削弱水锤的建议。

钠冷快堆中喷雾钠火的计算分析

根据钠冷快堆中喷雾钠火的特点建立了理论模型,编制了SSPRAY程序。该程序模拟钠喷雾燃烧过程中钠滴的运动、钠和氧气的燃烧反应、热量传递和质量传递等瞬态过程。用该程序计算了气体和墙壁温度、气体压力、氧气摩尔份额、喷雾流燃烧速率和热量传递速率等主要参数。利用美国AI实验数据和美国SPRAY-3A的计算结果对程序进行了验证,结果符合较好。

不对称工况对池式钠冷快堆堆芯入口温度的影响

对于池式钠冷快堆,堆芯入口温度是重要的热工参数之一,电厂设计过程中堆芯入口温度的确定受多种因素制约,其中包括不同电厂工况的影响。不对称工况是一种典型的电厂工况,本文以600MW两环路设计的池式钠冷快堆为研究对象,采用钠冷快堆系统分析程序分析不对称工况对堆芯入口温度的影响。研究结果表明,在所分析的不对称工况下,冷池温度会出现明显的不对称现象,且其中1个环路的冷池温度明显上升。通过分析可知,作为电厂的重要热工参数,在不对称工况下,堆芯入口温度变化的影响主要体现在对冷池内设备的影响上,对电厂整体功能和性能有所影响但不构成该工况下影响电厂功能和性能的关键因素。

钠冷快堆系统程序FR-Sdaso开发

为解决600 MW示范快堆(CFR600)事故分析和工况设计中的实际问题,自主开发了钠冷快堆系统程序FR-Sdaso,其建模范围包括堆芯、一回路、二回路、三回路、四回路和事故余热排出系统,主要物理模型包括点堆模型、单通道堆芯热工模型、多区钠池模型、四区蒸汽发生器模型等核岛设备或部件分析模型,汽轮机、凝汽器、给水加热器、除氧器等常规岛设备采用集总参数模型,泵、阀门、管道及控制体等采用通用模型。对程序进行了初步验证,结果表明,FR-Sdaso程序可用于分析全厂瞬态工况及超功率、失流、失热阱等典型事故过程。目前,FR-Sdaso程序已用于CFR600的设计和安全分析。

钠冷快堆工程数字化建造技术

一、成果研究背景快中子反应堆(简称快堆),作为世界上第四代先进核能系统的首选堆型,代表了第四代核能的发展方向,其形成的核燃料闭合式循环,可使铀资源利用率提高至60%以上,也可使核废料产生量得到最大程度降低,实现放射性废物最小化。国际社会普遍认为,发展和推广快堆,可以从根本上解决世界能源的可持续发展和绿色发展问题。

钠雾火试验结果及与雾火程序计算的比较分析

钠雾火试验在一个体积为2.4 m^3的封闭容器内进行,用于分析雾状钠火的热动力学后果。250℃的液态钠在电磁泵的驱动下经过直径为2.4mm的喷头呈液滴喷出形成雾状钠火,喷头与容器底部的距离为1.35m,钠喷射流量约14.85g/s,喷射持续78s,试验测得容器内的气体在78s时达到最高压力41kPa,113s时达到最高温度190℃。将试验数据和利用基于雾状钠火计算程序(NACOM)编制的计算程序计算得到的数据进行了对比和分析。结果表明:当将钠喷射的流量修正为3.83g/s、容器壁的总传热系数修正为9.6 W/(m^2·K)时,钠喷射期间,计算压力大于试验压力,钠喷射结束后,计算的压力变化曲线和试验所得的压力变化曲线吻合较好;而计算所得的温度曲线和试验测得的温度曲线有较大差异,理论上容器内的温度在第78s时达到最大值303℃,分析认为是因为热电偶测量的温度存在滞后现象。

雾状钠火钠滴燃烧比率的模拟及应用

将雾状钠火中钠滴的燃烧分成预燃阶段和燃烧阶段,利用雾状钠火程序计算得到钠滴燃烧比率和时间的关系曲线,分别用幂函数、指数函数和线性函数对曲线进行拟合,拟合效果较好。拟合函数中包含钠滴下落时间和钠滴最大燃烧比率等参数,这些参数可通过钠滴下落燃烧试验或雾状钠火程序计算得到。通过推导得到了雾状钠火燃烧和单个钠滴燃烧的关系,钠滴燃烧比率的拟合函数被用来模拟雾状钠火燃烧的过程,包括用于计算已燃烧的钠质量、空气中未燃烧的钠质量、进入钠池的钠质量和雾状钠火的燃烧速率。当雾状钠火燃烧过程中钠泄漏流量恒定不变时,空气中未燃烧的钠质量和钠泄漏流量呈正比,雾状钠火的燃烧速率和钠泄漏流量呈正比。雾状钠火的燃烧速率和钠火造成的事故工艺间内的温度与压力变化直接相关。雾状钠火的燃烧速率被用来求解钠气溶胶的生成速率、钠燃烧火焰层和空气之间的传热、钠燃烧火焰层和墙壁之间的传热。总之,使用简单的函数模拟钠滴的燃烧比率曲线,将雾状钠火燃烧当成事故工艺间的热源和钠气溶胶源作为输入,便可模拟雾状钠火的整个燃烧过程,计算得到工艺间温度、压力和钠气溶胶浓度的变化。钠滴的燃烧比率曲线、雾状钠火的燃烧速率曲线还可与试验数据进行对比验证后作为雾状钠火模拟的输入,这种模拟方法可用于钠火事故安全分析中雾状钠火的模拟。

中国实验快堆新燃料组件装载机的抗震分析

中国实验快堆新燃料组件装载机是一机构部件,结构复杂,装载机的许多运动件和传动件难以用有限元进行精细模拟。本文引入了一种简化有限元计算的思路,即针对装载机主要部件的主体框架建立简化的有限元模型,通过反应谱分析,计算出各个主要部件在地震条件下的加速度响应。采用手算方法对主要的连接螺栓进行力学计算,并根据相关法规对螺栓进行评价,以确保总体结构的完整性。

钠冷快堆超导钠泵建模与性能研究

为克服钠冷快堆机械式钠泵机械磨损、噪声大、泄漏以及普通电磁泵流量小、扬程小等问题,提出了大流量鞍型磁体的电磁泵作为驱动钠循环的主泵设计方案。对其结构进行了研究并建立了相应的数学模型,利用Matlab编写程序进行了不同电流、磁感应强度和温度条件下泵的扬程、流量和效率的性能研究。结果表明,扬程随通道宽度的增加、电流的减小、磁感应强度的减小而减小,效率随电流的减小、磁感应强度的减小而减小,温度高于400℃时由于接触电阻的降低可使效率提高,鞍型超导钠泵的流量可由电流、磁感应强度控制,但较为实用的是电流控制。该研究可为具体设计提供依据。

快堆堆芯水平抗震分析的单组件初步分析

快堆堆芯抗震分析是堆芯设计的重要组成部分,它将为堆芯在地震作用下的结构完整性评价和堆芯反应性变化分析提供必要的数据,同时为控制棒的可插入性评价提供参考。本文采用有限元程序FINAS,以中国实验快堆为例,对快堆堆芯水平抗震的计算方法和模型进行研究,进行了单组件初步分析,其中包括模态分析、自由振动分析和与刚性墙壁的碰撞分析,为堆芯多组件水平抗震分析作好了准备。

钠冷快堆的失流事故分析

钠冷快堆的失流事故分析王平，朱继洲（西安交通大学）关键词钠冷快堆，事故分析，失流１引言在钠冷快堆中，最典型的堆芯冷却系统故障或破坏事故是失流事故。作为设计基准事故之一，失流事故一旦发生，就要求事故保护停堆系统立即动作，实现事故保护停堆。但是，如果反应...

火焰原子吸收光谱法测定金属钾中微量钙

研究和建立了金属钾中钙的分析方法。该法通过真空蒸馏分离基体钾,王水溶解蒸馏残渣,将王水蒸发至干后,用稀盐酸提取残渣制成样品溶液,用火焰原子吸收光谱仪进行测定。优化了仪器的工作参数,对蒸馏条件、残渣提取效果和干扰因素进行了系统研究。确定了在3×10-3 Pa和275℃下蒸馏钾,蒸馏速率为约2 g/h。发现残渣中钾对钙的测定存在一定干扰,采取在标准溶液中加入300μg/mL的钾进行匹配的方法消除了残留钾的干扰。向5~7 g金属钾中加入1~20μg/g钙获得的平均回收率为96.2%,相对标准偏差为6.2%,此方法的准确度和精密度均能满足检测要求。

ATHLET程序的钠冷快堆应用扩展及其验证

系统分析程序是对钠冷快堆的冷却剂回路系统进行全局模拟、瞬态及事故安全分析的重要工具。本工作对德国核设施与反应堆安全机构(GRS)开发的轻水堆最佳估算系统程序ATHLET进行修改,增加了钠的物性公式和传热关系式,将其适用范围扩展到钠冷快堆。为验证修改过的ATHLET程序,对法国凤凰(Phenix)反应堆系统建模,并对其自然对流实验进行模拟,将计算结果与实验数据进行比较。结果显示,ATHLET程序的钠冷快堆应用扩展具有良好的适用性。

小型自然循环钠冷堆堆芯初步设计研究

提出了一种适用于分布式发电系统的小型自然循环钠冷堆-AMTEC系统。通过对堆芯的临界计算和热工水力分析,研究了堆芯燃料装载量不变情况下,芯块半径、燃料棒长度和圈数对堆芯有效增殖因数keff、堆芯压降和传热的影响。同时分析了不同额外停堆裕量下,B4C吸收层厚度和堆芯初始剩余反应性随燃料棒圈数的变化关系。计算结果表明:保持堆芯当量直径和冷却剂通道总截面积不变的情况下,减少燃料棒圈数和活性区长度不仅可增加keff,且能降低堆芯压降;为提高额外停堆裕量需增加吸收层厚度,但降低了堆芯初始剩余反应性,不利于电厂的经济性。

基于遗传算法的钠冷快堆堆芯流量分区优化设计方法

钠冷快堆采用封闭组件,流量分区是实现堆芯出口温度展平的重要途径。传统的流量分区优化设计方法的计算量随组件数的增加呈指数增长,不适用于解决大型问题。本文建立了流量分区设计的最优化模型,并设计了基于最优个体保存策略的遗传算法,以燃料最高温度限值和包壳温度限值为边界条件,搜索出使活性区平均出口温度最高以及活性区总流量最小的最优流量分区方案,为解决大型钠冷快堆堆芯流量分区优化设计问题提供了新的途径。