液态金属反应堆湿式燃料贮存桶内部事件概率安全分析

液态金属冷却剂在给反应堆带来运行安全与热效率优势的同时,也给反应堆带来了复杂的换料系统,其中大型液态金属反应堆采用的湿式乏燃料贮存桶是乏燃料卸料过程的核心设备,临时装载了大量的乏燃料组件,具备一定的安全风险。本文采用概率安全分析(PSA)方法对乏燃料贮存桶进行风险评价,通过运行状态分析、始发事件分析、事故序列分析以及简单的定量化,初步获得其导致乏燃料组件发生损伤的事故序列和最小割集,识别了关键系统与设备。结果表明,相对于反应堆本身的风险,乏燃料贮存桶本身风险虽低但依然不可忽略,且风险评价结果对反应堆的运行方式以及清洗系统的可靠性较为敏感。此外还对该系统的设计改进与安全优化进行了讨论。

小型液态金属反应堆事故余热排出系统可靠性分析

小型液态金属反应堆应用场景广,可为偏远地区提供能源供应。该文考虑了3种可用于小型液态金属堆的事故余热排出方案,三者均采用强迫循环,以形成空气/水的循环导出堆芯余热。通过利用RS软件分别对3种方案进行建模,进行3种方案的可靠性分析,结果显示方案一、二可靠性相近,而方案三失效概率约为方案二的1/3。3种方案的可靠性均主要受动力设备(水泵/风机)的影响,因此优化动力设备设计对提高事故余热排出系统可靠性是有益的。

用于液态金属反应堆的斯特林发动机瞬态计算模型开发

为了探究斯特林发动机与液态金属反应堆的匹配运行特性,基于斯特林循环三阶模型开发了一套可用于斯特林发动机运行模拟的瞬态程序。该程序模型采用一维流体力学方法对斯特林发动机工作腔及换热器进行建模,对在液态金属反应堆中运行的斯特林发动机进行模拟。本文首先利用GPU-3斯特林发动机试验数据对定壁温边界条件进行稳态运行模拟,结果显示与试验数据符合良好。接入换热器求解模块后,在定边界条件和变边界条件下程序均成功实现了对斯特林发动机的瞬态模拟,表明该模型可用于液态金属反应堆与斯特林发动机耦合系统的工况分析。

液态金属冷却反应堆主容器双向密封特性分析

液态金属冷却反应堆是第四代反应堆的重要堆型,一回路采用池式布局以液态金属作为冷却剂。该类堆型具有较高安全性,一回路覆盖气体压力较低是重要的系统特征。在正常运行下,主容器内气压为负压,而在基准事故下,主容器内部气压上升而转变为正压。因此主容器的气体密封需具有气体双向密封能力以同时满足内部负压强和正压强的气体密封要求。本文根据双气压模式的特点,通过在主容器与顶盖连接处布置双道金属C型密封环实现双向密封的功能。并以典型主容器密封为例,利用有限元分析获得了金属密封环在正负两种气压模式下的非线性响应,包括回弹曲线、径向滑移量和接触应力,再通过泄漏理论得到主容器的密封性能参数。计算分析结果表明,主容器的气体双向设计密封性能良好,能够保证密封要求,可为有类似环境要求的主容器密封提供一定参考。

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。

液态重金属冷却剂晃动响应特性研究

铅基堆采用液态重金属冷却剂并具有池式布局的特点,与传统压水堆中冷却剂密度低、回路式布局相比,地震载荷作用下重金属冷却剂晃动对反应堆容器和堆内结构产生的冲击和振动模式显著不同。本文基于双向流固耦合的有限元方法,开展液态重金属反应堆的载液堆本体的地震响应分析,研究冷却剂类型、支撑形式和高径比等因素对堆容器内冷却剂晃动效应的影响。计算结果表明:液态重金属相对轻质冷却剂,其地震响应非等比增加,流体动力粘度对大尺寸反应堆的流固耦合作用不显著;不同支撑方式在支撑处有应力集中,整体表现为梁式振型对支撑方式不敏感;不同充液比激发的振动模态类似,充液比越小,最大应力强度点越往底封头集中。这些结果可为液态重金属反应堆的结构安全设计提供参数化依据。

液态金属冷却剂在线分析仪表研究进展

液态金属冷却剂的品质直接关系到液态金属冷却反应堆的安全。为监测冷却剂品质,开发了液态金属中氧计、碳计、氢计、氚计、电阻率计等在线监测仪表,实现了钠、锂、铅铋合金等冷却剂中的O、C、H、T、N等杂质含量的实时监测。本文简要介绍了近10年液态金属冷却剂在线分析仪表的研究进展,并对未来我国液态金属冷却剂在线分析仪表的研究提出了建议。

液态重金属反应堆燃料棒及控制棒设计

旨在从中子学角度分析液态重金属快堆燃料棒和控制棒的物理特性,以支撑其结构设计及材料选型。使用快中子反应堆分析程序SARAX对燃料棒的液铀比选择、径向功率分布、包壳材料选型、反射层材料选型,控制棒径向结构设计、吸收体材料选型、慢化结构设计进行计算分析。计算结果表明:燃料棒栅元K_(inf)与液铀比呈线性关系,液铀比的选择更多需要考虑载热因素。燃料棒包壳优先选择铁素体/马氏体钢材料。活性段轴向两端反射层材料可选择钢类材料。基于Pu迁移现象分析结果,当前物理计算程序中均未耦合Pu迁移现象,计算得到的功率分布相对均匀,导致燃料中心温度计算结果偏不保守。控制棒采用细棒设计能有效降低自屏效应,但会降低空间利用率。快堆常用B_4C作为吸收体材料。控制棒吸收体外包裹慢化体能使中子能谱软化,B-10中子吸收截面大幅上升,提高控制棒价值。同一外径下,纯吸收体芯块的棒价值小于使用慢化体(ZrH_2)包裹的芯块。

螺旋管蒸汽发生器管束固有频率特性研究

螺旋管蒸汽发生器是液态金属反应堆(LMR)的关键设备,螺旋管束在流体力作用下会发生流致振动现象,影响蒸汽发生器的安全运行,因此对于螺旋管束振动特性的研究具有重要的意义。管束固有频率是流致振动分析中的重要参数。本文模拟计算了空气中螺旋传热管的固有频率,研究了几何结构参数对其固有频率的影响规律。结果表明,螺旋缠绕角β与缠绕半径R的增加会导致固有频率降低,支撑数S的增加会导致固有频率大幅提高。通过CFX模拟计算,研究了管束结构参数对液态金属环境中传热管固有频率的影响机制,层间节径比a与同层管间节径比b的增加会导致固有频率增加,β的增加会导致固有频率降低。设计了正交实验进一步探究管束结构参数a、b及β对传热管附加质量系数的影响,基于正交实验的结果绘制了附加质量系数推荐值曲线。研究结果为传热管固有频率的预测和管束流致振动研究提供了数据参考。

亚太地区核能发展概况

【德国《原子经济》1996年第7期第463页报道】 亚洲经济正以二次大战后欧洲从未有的活力在增长。1960年,亚洲的国民生产总值在世界上只占极小的份额,为4％,而今天已上升至25％,2020年将增长到约40％。这种增长的势头是快速发展的工业化的结果,而只有通过相应的速度扩大能源或电力供应才有可能实现这种工业化进程。

中间热交换器二次侧流量分配及阻力特性试验研究

中间热交换器是液态金属钠冷反应堆堆芯和蒸汽发生器之间进行热交换的重要设备。由于管束众多,理论计算难以得到准确的流量分配情况及阻力特性参数。针对上述问题,以某型中间热交换器为原型,在1∶1模型上开展了流量分配及阻力特性试验,获得了不同流量分配结构的流量分配因子以及二次侧中心下降段、换热管段等局部结构的阻力系数。结果表明,锥形盘和无流量分配结构会导致外层流量明显偏高;而孔板结构会降低外层流量分配因子,使流量分配更均匀。二次侧中心下降段、换热管段的阻力系数随雷诺数(Re)的增加而略微降低。二次侧下封头的阻力系数从大到小依次为锥形盘、孔板2、孔板1、无流量分配结构,总阻力系数的变化也满足这一规律。研究结果为中间热交换器的优化设计提供数据支持。