液态铅铋实验回路KYLIN-Ⅱ热平衡理论分析研究

铅铋合金共晶体(PbBi)是加速器驱动次临界系统(ADS)的重要靶材料和冷却剂候选材料,也是先进快中子堆的重要冷却剂材料,液态铅铋实验回路是开展液态铅铋重金属研究的必备实验平台。本文介绍了FDS团队正在设计建造的KYLIN-Ⅱ铅铋液态金属材料实验回路的整体结构及关键部件,对三种运行工况下主回路的热收支情况进行了计算与分析。计算表明,在这三种工况范围内,整个回路的热收入与热支出平衡,关键部件的设计能够满足回路的加热与冷却需求,可以保证回路的稳定运行。

基于流固耦合的铅铋回路冷却器应力分析

基于流固耦合的方法对KYLIN-II液态铅铋回路中的冷却器进行了应力分析与强度评定。首先在ANSYS Fluent中进行计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)分析,获得了冷却器中准确的温度分布;然后将冷却器的温度以热载荷的形式导入ANSYS Mechanical软件中,并考虑流体的静压载荷,设计了两种不同工况,开展冷却器结构静力分析;最后基于JB 4732—95标准对计算结果进行应力分类和强度评定。结果表明,换热管与管壳连接处存在应力集中现象,但结构仍然满足强度要求,冷却器的结构设计方案合理、可行。

HCCB-DEMO氦冷固态包层热工水力计算及分析

根据这几年HCCB-DEMO包层技术的发展,对原氦冷固态氚增殖包层进行相应设计改进。利用三维有限元软件CFX对该改进设计进行了热工水力学计算及分析。分析模型包括:第一壁,增殖单元,筋板以及三者集成模型。结果表明:各子部件在单独分析的情况下,材料最高温度低于设计要求限值;冷却剂进出口温度为300/500℃,满足设计需求。同时对比分析了集成计算及单独计算的结果,得出第一壁与铍球床之间的相互热作用较大,铍球床材料最大温度会高于设计限值。针对经集成计算后发现的问题,未来将对氦冷固态包层的设计进行进一步的优化。

液态金属绕流管束流动传热进展

基于液态金属的螺旋管式换热器具有紧凑、换热能力强的特点,在热化学制氢、第四代核能、太阳能高温热发电、余热回收等能源化工系统极具价值,液态金属绕流管束流动传热问题越来越受到重视。然而,绕流管束湍流传热较复杂,实验和数值模拟难度较大,目前尚未有相关可靠文献综述,阻碍了该类换热器设计与技术进步。本文回顾了液态金属绕流管束相关研究,首先指出了液态金属流动传热特性与其他流体的异同,然后简述并比较了液态金属流动传热经验关系式,推荐了该类型换热器设计的流动传热经验公式,紧接着应用经验关系式分别对比了不同工质绕流管束、液态金属流经不同流道的流动传热性能。指出液态金属湍流传热具有一定强化潜力,且绕流管束带来形阻较大,建议采取减阻措施。本文为后续涉及液态金属绕流管束的换热器设计提供了参考。

紧凑型托卡马克聚变实验堆包层设计及中子学分析

利用蒙特卡罗粒子输运程序MCNP,对紧凑型托卡马克(CT)聚变实验堆方案进行了三维中子学计算分析,特别是氚增殖比(TBR)计算。包层采用了氦冷固态包层(HCCB Blanket)概念,选用正硅酸锂(Li_4SiO_4)作为氚增殖剂,铍作为中子倍增剂,低活化铁素体钢为结构材料。给出了不同增殖单元在不同的排列方式下,TBR随增殖单元厚度的变化情况,得到了满足氚自持条件下的初步优化的包层设计方案,给出了相关中子壁负载、能量沉积和功率密度的相关特性结果,为后续热工水力和相关设计分析提供了数据支持。

液态金属局部流速测量技术对比研究

流场分布会影响能源系统关键设备内的流量、温度、氧浓度及应力分布,获取准确流场分布可提升结构设计能力及系统运行的可靠性。为选择先进核能系统金属冷却反应堆内合适的液态金属流场测量方式,分析适用于液态金属的局部流速测量技术,对比不同测量技术的研究进展及优劣。结果表明,当前尚未有适用于工程的成熟商业化金属流场测量仪器,介入式方法中,皮托管、电磁探针及电涡流探针的技术成熟度较高;非介入式方法中,超声多普勒技术成熟度最高,电磁感应成像应用前景较好。在此基础上,针对典型反应堆内运行环境推荐测量技术,其中电磁感应法因无需添加粒子、时间分辨率高而具有更广适用性。

棒束通道防腐蚀特性数值研究

为获得先进反应堆中燃料组件通道表面防腐蚀层的生成情况,以对反应堆运行策略分析提供支撑,本文提出了一套棒束通道中氧输运分析计算模型,结合计算流体动力学方法,对燃料组件典型19棒束通道内的防腐蚀层生成情况进行了分析。获得了棒束通道内的流场、温度场以及两种入口氧浓度、三种运行时间下的棒束氧浓度分布情况以及棒束表面防腐蚀层的生成情况。研究结果表明,棒束通道中防腐蚀层的生成主要与温度、初始氧浓度以及运行时间有关,对于现有模型来说,定距条与棒接触点附近是防腐蚀层难以形成的主要区域,需要重点关注。本文的计算方法及结果将对反应堆运行策略评价提供支撑。

基于万尼尔构型观测声学拓扑角模式反常

万尼尔构型旨在描述万尼尔函数在实空间上的局域位置及其携带的电荷信息,这一物理概念的提出为刻画天然及人工晶体结构中的波函数提供了全新的视角.在二维高阶拓扑绝缘体中,万尼尔构型中的分数化电荷可以作为一种内禀的拓扑不变量来表征湮灭在体连续谱中的角模式.本文报告了一项基于测量谱电荷分布观测声学体系中万尼尔构型的实验研究.作者在构建的声子晶体中测得了表现为分数化谱电荷的拓扑角模式反常,这种模式反常可以作为一种易于观测的实空间拓扑指标对湮灭在体态中的拓扑角模式进行先验判别.在此基础上,通过将不同的万尼尔构型按照多种方式进行组合,将原本湮没在体连续谱中的角模式调制至带隙中.在组合后的声子晶体中,平庸相和非平庸相结构均可以作为包覆层,从而为在带隙中构造和调控拓扑角模式提供了一种新思路.该研究有望应用于设计高品质因子声谐振腔、声通信以及传感增强等领域.