熔盐堆下舱室非能动冷却系统的优化设计

熔盐堆下舱室非能动冷却系统是确保反应堆安全运行的重要保障,其结构设计是热工水力设计中的重要一环,其功能是保证熔盐堆下堆舱所有设备在反应堆正常运行时不超温,同时在事故工况下,能够最大程度地导出堆芯衰变热。基于一种热功率为153 MWt的百兆瓦级熔盐堆的概念设计,建立了熔盐堆下堆舱的1/4结构模型,使用ANSYS FLUENT 20.1软件进行下堆舱三维流场与温度场的数值模拟,通过优化下舱室非能动冷却系统的结构布局、空气环腔的结构尺寸、隔热板上保温棉厚度以及进风管的入口位置,使得下舱室内双通道非能动空冷系统的热屏蔽效果最好,且在事故工况下导出堆芯衰变热最多。结果表明:改变空冷系统中空气环腔的结构尺寸对下堆舱热屏蔽结果的影响很小;在空冷系统的中间隔板上增加保温棉可以显著降低侧面混凝土墙的温度;冷却系统的进风管入口位置距离空冷环腔顶端越近热屏蔽效果越好。据此最终设计出了一种新型的下舱室内双通道非能动空冷系统,达到了153 MWt熔盐堆下堆舱的屏蔽冷却的设计要求。为未来大功率熔盐堆下舱室内非能动余热排出系统的工程优化设计提供了重要参考。

基于流热固耦合的U型管式熔盐换热器温度场与应力场分析

熔盐换热器因其系统压力低、运行稳定以及经济性能好等特点在太阳能、核能和高温制氢等领域得到广泛应用。由于熔盐运行温度高,冷热流体温差大,导致熔盐换热器主要部件中产生的热应力不可忽略。本文采用流热固耦合方法分析U型管式换热器的温度场与应力场,首先运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析获取了换热器主要热性能参数,并与实验结果进行对比,最大偏差约3.07%,验证了CFD流体仿真结果的准确性。在此基础上,对熔盐管壳式换热器运行工况下的传热过程进行了详细分析,获得换热器流场和温度场。最后,通过Ansys workbench有限元软件计算得到由流场、压力场和温度场耦合产生的应力场,并着重分析了与换热管及壳体相连接的管板的应力分布,给出了管板最高应力值及某些路径的应力变化规律。结果表明:应力较大的部位发生在管板的布管区与非布管的连接区域,位于近壳侧的换热管内壁处,距离管板下端面约2 mm的位置。可为熔盐换热器实际运行和结构设计提供重要参考。

气力输送在反应堆中子能谱样品传输中的应用研究

钍基熔盐堆10 MW固态实验堆设计采用活化法测量反应堆内部中子能谱分布,中子活化样品在堆外装载后通过传输装置将其快速输送到堆内测量位置进行辐照,辐照完后将其输出到能谱样品间进行解谱分析,进而获取堆内能谱分布情况。为实现中子能谱样品快速进出反应堆,设计了一种堆内双层套管中子活化样品气力输送系统,采用Fluent仿真方法研究样品在不同管道间隙下的运动规律。采用气力输送理论对原理样机的流量、两相流压损等工作参数进行设计并对原理样机的结果进行对比验证试验。试验结果表明:样品运动速度、气体流量和压损等测量参数与理论设计值符合较好,设计方法可行,双层套管的结构设计可以实现样品顺畅进出堆芯的功能。

液态燃料熔盐堆排盐罐非能动余热排出特性研究

液态燃料熔盐堆具有较高的经济性、安全性及燃料在线处理等多种特点。紧急排盐非能动余热排出系统(Emergency Draining Salt Passive Residual Heat Removal System,EDS-PRHRS)是液态燃料熔盐堆独有的余热排出系统设计,其中排盐罐中熔盐能否安全导出余热是EDS-PRHRS设计的基础。为了研究EDS-PRHRS排盐罐运行过程中的瞬态特性,本文以30 MW熔盐堆紧急排盐罐为研究对象,通过计算流体力学分析软件Fluent对EDS-PRHRS排盐罐进行熔盐耦合换热元件的余热排出瞬态数值模拟,并针对排盐罐相关参数进行敏感性分析。分析结果表明:余热排出过程中换热元件外壁面和熔盐热点温度随时间变化存在峰值,且通过提高换热元件轴向高度、增强气隙层壁面发射率可以显著降低温度峰值,延后排盐时间可以略微降低峰值,此外采用三角形排布可以延缓局部凝固时间。研究结果可为EDS-PRHRS提供设计参考。

上海电子束离子阱低温超导磁体系统的研制

介绍了上海电子束离子阱(Electronbeamiontrap,EBIT)装置低温超导磁体系统的研制过程和测试结果。超导磁体由一对上下布置的Helmholtz线圈组成,中心最大磁场强度可达5.3T,两线圈的峰值磁场偏差小于3×10-4T,在中心轴线上±10mm内磁场均匀度好于2×10-4,磁场衰减率在8h内小于1×10-4。低温系统采用双冷屏结构,通过二级G-M制冷机冷却冷屏来降低液氦的蒸发量。系统液氦灌注达到平衡后,液氦的平均蒸发量为1.1L/h,基本满足了用户的要求。

液氮冷却单色仪晶体的热应变分析

本文报道了设计中的上海同步辐射装置扭摆器光源光束线站所用双晶单色仪的第一晶体液氮冷却的ANSYS有限元分析结果 ,晶面倾斜误差RMS值为 2 .33μrad ;尝试了用光学追迹的SHADOW软件计算晶体受光面变形对晶体摇摆曲线展宽的贡献 ,结果表明液氮冷却晶体的参数能够满足同步辐射光束线站对单色仪晶体的要求 ,晶体冷却设计方案是可行的 ,用SHADOW软件模拟计算晶体摇摆曲线的方法是预言晶体光学参数的行之有效的方法。

SSRF活动光子挡光器的模拟与实验结果比较

介绍了上海光源插入件光束线前端区高热负载元件活动光子挡光器热缓释设计的数值模拟和实验结果。数值模拟与实验测量结果在10℃的误差范围内一致,且数值模拟结果都高于测量值。测量结果证明了挡光器热缓释设计中采用的数值模拟方法在直接冷却高热负载部件的应用中的可靠性和安全性。

同步辐射晶体单色器晶体热应变的模拟与实验结果的比较

报道了同步辐射装置光束线关键部件之一的晶体单色器晶体热应变的ANSYS有限元模拟结果,并与实验结果进行了比对,模拟结果在实验误差范围(约±15%)内与实验数据符合,证明了模拟结果的可靠性。

Al_2O_3样品制备技术及^(26)Al的AMS测量

报道了用于加速器质谱计2 6 Al分析的Al2 O3的制备流程及2 6 Al的测量过程。制备的空白样品2 6 Al/ 2 7Al比值 <10 - 13,显示出同量异位素2 6 Mg干扰小。制备流程是成功的。

电子直线加速器驱动的光中子源装置的研制

核反应堆的安全运行、新一代反应堆设计以及核废料处理等需要精确的中子核数据。光中子源联用飞行时间谱(Time of Flight,TOF)测量是最精确的中子能量测量技术,在热中子和共振中子能区的截面测量中发挥了非常重要的作用。钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor,TMSR)项目中15 MeV电子加速器驱动的光中子源装置(TMSR Photo-Neutron Source Phase 1,TPNS1)是专为钍-铀循环核数据测量设计和建造的,它位于中国科学院上海应用物理研究所嘉定园区内。第一阶段采用15 MeV电子直线加速器(LINAC)驱动,第二阶段拟建造电子能量约100 MeV(TPNS2)驱动的光中子源。前者建成后可提供飞行路径5 m、通量约104 n·s-1·cm-2的连续能量中子束(白光中子)及约1 MeV低能伽马射线,它们分别用于测量中子反应截面和伽马辐照研究,这是国内首台用于核数据测量的白光中子源。

SSRF前端光子挡光器的结构设计和热应力分析

光子挡光器是同步辐射光束线前端区的重要部件,其主要作用是阻挡高强度同步辐射.利用有限元分析软件ANSYS,对上海同步辐射装置(SSRF)前端光子挡光器,进行了精细的温度和热应力分析.分析结果表明,新设计的光子挡光器热应力水平有了显著的降低,提高了光子挡光器承受热负载的能力,满足SSRF前端部件的设计要求.

高温熔盐泵的模态计算与分析

为了研究高温熔盐泵的运行可靠性,基于ANSYS Workbench对熔盐泵结构部件分别进行了无预应力和有预应力的模态计算。基于计算结果对熔盐泵的振动特性进行了分析,并对不同相位下转动和静止部件的固有频率和振幅的变化进行了比较。计算结果表明:无预应力时,转动和静止部件的第1阶和第2阶以及第4阶和第5阶固有频率较为接近,且同阶下,静止部件的固有频率远高于转动部件的固有频率;转动部件和静止部件各阶的固有频率均远离主要的激振频率,可有效避免共振的产生;同阶不同相位下,转动和静止部件的固有频率和振幅变化较小,叶轮相位对熔盐泵模态性能的影响可以忽略;有预应力下静止部件和转动部件的固有频率比无预应力下有小幅提升,且转动部件的增幅较高,其幅度为1.35%;转动部件的模态变形主要集中在叶轮端,而静止部件的进出水管变形更为明显。研究结果可为熔盐泵的开发与结构优化提供一定的参考。

一种液态燃料熔盐堆堆芯流量分配设计

在液态燃料熔盐堆(Molten salt reactor,MSR)热工水力设计中,为实现堆芯径向功率展平需对堆芯流量分配进行设计,使得堆芯进口流量分布正比于释热量分布,而下腔室结构和流场分布对堆芯流量分配起决定性作用。利用FLUENT软件对堆芯三维流场进行模拟,通过调节下腔室结构和流量分配装置,对下腔室流场分布进行优化,最终实现堆芯流量合理分配。数值模拟结果表明,喇叭状下腔室比椭球形下腔室熔盐通道流量标准差降低4.2%,设置流量分配板熔盐通道流量标准差降低29.2%;改变下腔室结构和设置流量分配装置能够较好调节流量分配和功率分布匹配性,该结果可为液态熔盐堆堆芯优化设计提供依据。

双压电片镜在同步辐射光源光学系统中的应用

介绍了双压电片镜自适应光学技术,同时为其在同步辐射光学领域中的应用与进一步发展提供前瞻性的思考与探索。根据目前已公开发表的相关文献资料,总结介绍了双压电片镜自适应光学技术,阐述了该技术的工作机理与关键参数,并对其在国际上具有代表性的同步辐射机构中的应用情况作出描述,并指出涉及的关键技术问题与未来的发展趋势:不仅要有效地解决"连接点效应"对双压电片镜技术的负面影响,还要实现亚微米乃至纳米级的聚焦光斑,这两项内容都是双压电片镜技术需要进一步解决的重要问题。未来,双压电片镜自适应光学技术可望在我国先进的第三代同步辐射装置—"上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)"二期工程建设中得到应用。

上海原子核研究所的6MV串列静电加速器质谱计及其应用

加速器质谱计(AMS)是70年代末发展起来的超微量分析技术,它与常规质谱计比较,可以利用某些元素不能形成负离子的性质和将待测同位素加速至较高能量(～MeV/A)用粒子鉴别器排除同质异位素的干扰,并在剥离器将分子离子破裂成原子离子,然后被电磁元件排除。它与测量放射性方法比较,具有探测效率较高、不需要对样品作放化提纯、对非放射性同位素也同样有效等优点。因此它具有灵敏度高(10^(-12)

上海光源插入件光束线白光狭缝设计

上海光源是第三代同步辐射装置,第一期工程拟建造7条光束线中有5条选用插入件光源,其中,三条由波荡器(Undulator)引出,两条由扭摆器(Wiggler)引出。插入件光源产生高功率同步辐射,会给插入件光束线部件设计带来极大的挑战。为此,我们为插入件光束线设计了新型L形白光狭缝,本文主要介绍了该白光狭缝设计。

基于白光中子源的核石墨硼当量测量

核材料中热中子吸收截面高的杂质会引起堆芯反应性的变化,一般用硼当量表示这些杂质对热中子的吸收,硼当量是衡量核材料纯度的重要指标之一。热中子宏观吸收截面法是硼当量测量的方法之一,测量时采用同位素中子源则精度低,而白光中子源产生的中子强度高、方向性好,且可慢化为热谱,能有效提高硼当量测量精度。本文基于15 MeV电子加速器驱动的白光中子源开展核石墨硼当量测量的研究,利用蒙特卡罗模拟并优化实验方案,对实验数据进行检验与修正,建立核石墨硼当量测量定量分析方法。该方法能快速、准确检测核材料的硼当量,对反应堆的物理设计、安全性评估等具有重要意义。

熔盐圆管内湍流对流换热实验研究

本文依托高温熔盐(High Temperature Salt,HTS)热工实验回路开展了硝酸盐(KNO3-53%,NaNO2-40%,NaNO3-7%)熔盐圆管内的强迫对流换热特性研究,通过威尔逊修正法获得了熔盐在圆管内充分发展湍流的对流换热系数,将实验结果与公开文献中的5种熔盐的实验结果合并后拟合,获得10 000<Re<50 000和4<Pr<26范围下适用于高温熔盐工质的管内充分发展湍流的实验关联式。另外,为验证熔盐的换热特性是否仍然符合经典关联式的换热规律,将不同种类熔盐工质与经典关联式Dittus-Boelter关联式、Sieder-Tate关联式、Hausen关联式以及Gnielinski关联式进行比较分析,实验结果与经典关联式符合得较好,偏差在25%以内。

螺旋线圈在同步辐射光源冷却系统中的应用

在冷却流体管道中插入铜质线圈的强化冷却方法可以较为显著地提高管道的对流换热系数,从而增强冷却效果,此法已在国际上的同步辐射光源中得以应用。根据现有相关文献,总结介绍了此种强化冷却方法,阐述该机构的关键结构参数与强化冷却工作机理,并对其在国际上各同步辐射光源的应用情况作出描述,同时指出关键技术问题与未来的发展趋势,从而为此强化冷却方法在我国同步辐射装置,特别是高能高热的第三代同步辐射装置冷却系统的应用提供前瞻与有益的探索。

NSRL前端活动水冷光屏的结构及热分析

活动水冷光屏是光束线前端的重要部件,主要用来吸收高强度的同步辐射功率、承受和释放热负载,保护其下游位置仪器设备免遭热载破坏。介绍中国科学技术大学国家同步辐射实验室(NSRL)的合肥同步辐射光源(HLS)光束线前端活动水冷光屏的结构,利用有限元分析程序ANSYS5.5进行热力学分析,确认其合理性。