水化学参数对压水堆燃料表面污垢沉积过程的影响研究

通过调整压水堆(PWR,Pressurized Water Reactor)运行期间各种水化学参数,能够有效控制一回路水质。作为影响燃料性能的重要因素,污垢(CRUD,Chalk Rivers Unidentified Deposits)在燃料表面的沉积行为会随水化学参数调整而改变。本文研究了溶解氢气(DH,Dissolved Hydrogen)浓度、pH、注锌和超声波清洗(UFC,Ultrasonic Fuel Cleaning)对某PWR功率运行期间CRUD沉积过程的影响,结果表明DH浓度对CRUD沉积影响较小,提高pH、注锌和应用UFC能够抑制CRUD沉积。研究成果为从水化学控制角度提高PWR安全性和经济性提供了理论依据和数据支撑。

水化学参数对压水堆燃料表面污垢沉积过程的影响研究

通过调整压水堆(Pressurized Water Reactor,PWR)运行期间各种水化学参数,能够有效控制一回路水质。作为影响燃料性能的重要因素,污垢(Chalk Rivers Unidentified Deposits,CRUD)在燃料表面的沉积行为会随水化学参数调整而改变。本文研究了溶解氢气(Dissolved Hydrogen,DH)浓度、pH值、注锌和超声波清洗(Ultrasonic Fuel Cleaning,UFC)对某PWR功率运行期间CRUD沉积过程的影响,结果表明DH浓度对CRUD沉积影响较小,提高pH值、注锌和应用UFC能够抑制CRUD沉积。研究成果为从水化学控制角度提高PWR安全性和经济性提供了理论依据和数据支撑。

混合堆芯中腐蚀产物沉积和一回路放射性水平的影响研究

为提升核电站的经济效益和满足高燃耗的需要,越来越多先进高效的核燃料组件被研究制造,并采用与原有组件混合布置的方式进行性能评估,从而形成混合堆芯。燃料污垢(CRUD,Chalk Rivers Unidentified Deposit)的沉积及一回路冷却剂中源项水平对于大修人员辐射防护有着重要影响,由于两种组件结构和材料上的差异,造成混合堆芯热工水力条件的变化,可能会对一回路腐蚀产物沉积和一回路放射性水平造成一定影响。本文针对某压水堆引入改进型AFA-3G燃料组件的过渡循环,对比计算了不同混合堆芯方案下的冷却剂源项和主管道停堆沉积源项(dose rate)水平。计算结果表明,不同混合堆芯方案下一回路冷却剂源项变化较小,引入改进型AFA-3G燃料组件对于降低主管道dose rate具有积极作用。

某采用延伸运行模式的压水堆CIPS风险评估

压水堆(Pressurized Water Reactor,PWR)功率运行期间一回路中的腐蚀产物会生成反应堆污垢(Chalk Rivers Unidentified Deposit,CRUD),引起硼在CRUD中析出,增大垢致轴向功率偏移(Crud Induced Power Shift,CIPS)的风险。延伸运行(Stretch-Out,SO)是反应堆的一种灵活运行方式,能够提高反应堆的经济性。本文介绍了PWR硼析出分析模型,并研究了SO工况对CRUD和硼析出量的影响,最终对其CIPS风险做出评估。计算结果表明,SO工况可以减少PWR的CRUD总量和厚度,并且有利于降低下一燃料循环初期的硼析出量,进而降低CIPS风险。研究成果为PWR在SO期间的CRUD和CIPS风险控制提供了理论依据和数据参考。

一回路注锌对“华龙一号”CIPS风险的影响研究

压水堆运行期间堆芯沉积的污垢有可能导致反应堆发生垢致轴向功率偏移,国际上诸多压水堆运行经验表明一回路注锌能够降低垢致轴向功率偏移风险。本文研究了一回路注锌对垢致轴向功率偏移影响的深刻原因,并采用中广核自主开发的污垢分析软件CAMPSIS对“华龙一号”机组开展了注锌前后的垢致轴向功率偏移风险评估。计算结果表明,注锌能够减少污垢总量以及硼析出量,进而降低垢致轴向功率偏移风险。研究成果为压水堆实施一回路注锌提供了理论依据和数据支撑。

停堆碱性运行对“华龙一号”CIPS风险的影响研究

为评估中广核“华龙一号”停堆碱性控制对燃料组件垢致轴向功率偏移风险(CIPS)的影响,本文从理论分析和软件计算两个角度进行了研究。结果表明,压水堆停堆碱性控制会显著减少燃料组件表面污垢的释放,主要表现为抑制镍铁氧化物(Ni_(x)Fe_(3-x)O_(4))的分解。该机组停堆碱性控制状态下燃料组件表面的污垢继承率约为85%,最大硼沉积质量为0.099 7 kg,评估结果为CIPS低风险。但相比停堆酸性控制,实施停堆碱性控制后的压水堆在后续燃料循环内发生CIPS的风险更高,具体风险等级还需结合机组的热工水力参数和一回路水化学环境进行评估。

一种压水堆CIPS风险评估方法

功率运行期间,压水堆(Pressurized Water Reactor,PWR)一回路腐蚀产物在燃料组件沸腾区域发生沉积形成污垢(Chalk Rivers Unidentified Deposit,CRUD)。当污垢增长到一定程度,会吸附冷却剂中的硼酸,造成燃料组件局部功率分布异常,进而引发垢致轴向功率偏移事件(CRUD Induced Power Shift,CIPS)。国际上通常基于污垢厚度评估CIPS风险,但发生过CIPS的反应堆运行数据表明,污垢厚度并不是影响CIPS的唯一因素。为更加科学地评估PWR的CIPS风险,需要综合考虑CRUD特征和热工水力条件对CIPS的影响。本文基于多孔介质中的传质机理和CRUD形貌特征,开发了模拟CRUD内部硼沉积的分析模型,并采用该模型揭示了Callaway电厂和Ulchin电厂发生CIPS的深刻原因。结果表明:引起Callaway发生CIPS的最重要因素是CRUD厚度,而引起Ulchin发生CIPS的最重要因素则是CRUD孔隙率。研究结果为科学评估核反应堆CIPS风险提供了理论依据和数据支撑。

基于Kuli的某乘用车变速箱冷却系统仿真分析

本文利用流体仿真软件Kuli建立了基于试验参数的某乘用车变速箱冷却系统模型,对该变速箱冷却系统进行了仿真计算,并与试验结果比较,结果显示:变速箱侧扁管数目仿真结果与试验值误差为8.3%;油冷器冷却液流量仿真值与试验值误差为1.5%。这表明:仿真结果与试验数值吻合较好,仿真模型可靠,为乘用车变速箱冷却系统的设计与匹配提供理论依据,并且,通过Kuli软件仿真可以较大提高冷却系统的分析效率,缩短研发周期,节省试验费用。

镍铁对压水堆锆合金表面污垢形成及硼析出的影响研究

压水堆(Pressurized Water Reactor,PWR)腐蚀产物会在锆合金表面形成污垢(Chalk Rivers Unidentified Deposit,CRUD),冷却剂中硼在CRUD中的析出会造成轴向功率分布异常,影响堆芯安全性。镍铁作为CRUD的主要成份,对CRUD形成及硼析出具有较大影响。在高温高压动水循环实验回路中模拟了PWR锆合金表面CRUD的形成过程,采用X射线光电子能谱仪(X-ray Photoelectric Spectroscopy,XPS)和扫描电子显微镜(Scanning Electric Microscope,SEM)等方法研究了镍铁对CRUD形成及硼析出的作用机理。调整镍铁注入顺序和溶解氢(Dissolved Hydrogen,DH)浓度的检测结果显示:DH浓度分别为40 cm^(3)·kg^(-1)和0 cm^(3)·kg^(-1),对应的CRUD最大厚度为5μm和15μm;镍铁比分别为1.06、0.48和0.11时,对应的CRUD中硼摩尔百分数为19.8%、4.5%和0.3%。研究结果表明:铁比镍更容易在干净的锆合金表面沉积,形成的CRUD为尖晶石结构,CRUD中的铁对镍沉积具有促进作用;当镍发生沉积后,CRUD逐渐从尖晶石结构转变为疏松多孔形貌;CRUD中镍铁比升高会造成硼析出,而镍铁比较低的区域几乎没有硼析出。本文研究成果揭示了燃料表面污垢形成过程及其对硼析出的影响机理。

压水堆燃料表面污垢密度计算模型及验证

压水堆(PWR)一回路材料释放的腐蚀产物会在燃料表面沉积形成污垢,增大垢致轴向功率偏移(CIPS)和垢致局部腐蚀(CILC)的潜在风险。密度是决定污垢特性的重要参数,实际测量燃料表面污垢的密度不仅成本高,而且必须考虑放射性风险,因此国内外均缺乏相关的数据。本文基于PWR运行经验和关键试验结果开发了一种燃料表面污垢密度计算模型,并与人造污垢实验数据对比,初步验证了模型的合理性,为深入研究PWR一回路燃料污垢行为提供了理论依据和数据支撑。

一种压水堆燃料污垢行为分析方法及应用

腐蚀产物在压水堆(Pressurized Water Reactor,PWR)燃料表面沉积后形成的污垢(Chalk Rivers Unidentified Deposits,CRUD)会对反应堆安全性和经济性造成影响。直接检测燃料污垢存在诸多客观条件限制,且目前尚未对PWR燃料污垢行为开展系统研究。本文阐明了PWR运行数据与燃料污垢行为之间的关系,提出了一种适用于PWR的燃料污垢行为分析方法,并对某PWR连续循环开展了燃料污垢行为分析。结果表明,本文提出的分析方法能够较真实反映PWR燃料污垢水平,研究成果可为PWR在运机组开展燃料污垢行为分析提供参考。

某汽油机高效尾气净化系统的优化匹配

汽油机的主要排放物为CO、HC和NO_x,稀薄燃烧采用提高空燃比的方法,在一定程度上可以改善排放,但对有效降低NO_x排放作用不大。EGR技术将部分废气引入气缸重新参与燃烧,破坏了NO_x生成的高温条件。本文借助GT-power仿真软件分别单独将稀薄燃烧和废气再循环技术应用到汽油机上,在部分负荷下探究两者对发动机动力性、经济性和排放性的影响,最后将两者耦合,探究在两者的共同作用下,发动机的性能变化。

压水堆一回路pH控制策略对积垢燃料包壳完整性的影响研究

压水堆(PWR,Pressurized Water Reactor)通常采用不同的硼酸和氢氧化锂浓度配比维持一回路pH。一回路各种材料在高温高压水环境下长期服役,其腐蚀产物在燃料包壳表面沉积形成污垢(CRUD,Chalk Rivers Unidentified Deposits),污垢内部的灯芯沸腾会造成硼酸和氢氧化锂局部浓缩,改变污垢内部冷却剂的热物性,进而影响污垢和燃料包壳交界面处的温度和pH。由于温度和pH对燃料包壳局部腐蚀及裂纹萌生拓展影响显著,因此需要耦合热力学和化学动力学评估一回路pH控制策略对积垢燃料包壳完整性的影响。研究结果表明,采用天然硼和氢氧化锂控制策略的积垢燃料包壳完整性失效风险最高,采用无硼运行控制策略的积垢燃料包壳完整性失效风险最低。

压水堆一回路pH控制策略对积垢燃料包壳完整性的影响研究

压水堆(Pressurized Water Reactor,PWR)通常采用不同的硼酸和氢氧化锂浓度配比维持一回路pH。一回路各种材料在高温高压水环境下长期服役,其腐蚀产物在燃料包壳表面沉积形成污垢(Chalk Rivers Unidentified Deposits,CRUD),污垢内部的灯芯沸腾会造成硼酸和氢氧化锂局部浓缩,改变污垢内部冷却剂的热物性,进而影响污垢和燃料包壳交界面处的温度和pH。由于温度和pH对燃料包壳局部腐蚀及裂纹萌生拓展影响显著,因此需要耦合热力学和化学动力学评估一回路pH控制策略对积垢燃料包壳完整性的影响。研究结果表明,采用天然硼和氢氧化锂控制策略的积垢燃料包壳完整性失效风险最高,采用无硼运行控制策略的积垢燃料包壳完整性失效风险最低。

基于Abaqus的某发动机排气管有限元分析

以某发动机排气管为研究对象,建立排气管的有限元模型,并将其离散成具有多自由度的系统,利用Abaqus软件对其进行约束模态分析,得到其振动频率和固有振型;建立排气管固体、管内烟气流场与外部空气流场的对流换热模型,通过Fluent软件模拟排气管的内外流场情况,分析三元催化转化器总成内部流场分布情况;并将计算结果映射到ABAQUS中进行流固耦合计算,得到排气管的温度场及热应力分布情况。计算所得结果对排气管的数值模拟计算和生产设计有着重要的参考意义。

注锌对压水堆锆合金表面污垢的影响研究

腐蚀产物在压水堆(Pressurized Water Reactor,PWR)锆合金表面沉积后会形成污垢(Chalk Rivers Unidentified Deposit,CRUD),降低燃料包壳换热能力,并对一回路放射性水平产生影响。注锌作为一种水化学调节方式,在国内外各核电站中正得到越来越广泛地应用。CRUD主要成分为镍铁络合物,锌作为比镍铁更活泼的金属,可能通过置换反应改变CRUD成分、或在较高热流密度的环境下析出并与镍铁形成新的金属络合物。利用人造污垢实验设备,在与PWR服役工况相近的环境下开展了注锌对人造污垢影响实验,并采用扫描电子显微镜(Scanning Electric Microscope,SEM)和X射线光电子能谱仪(X-ray Photoelectric Spectroscopy,XPS)对注锌前后CRUD的形貌、成分和氧化颗粒尺寸进行了分析。结果表明:锌主要在加热段的CRUD中析出;注锌后CRUD的镍铁比从0.58升高至0.65,氧化颗粒物孔隙率从30.15%降低至10.08%;相对于未注锌工况,CRUD开裂现象更为明显,微观形貌从疏松多孔状转变为较致密状态。本文研究成果为在运机组评估注锌对燃料性能的影响提供了参考依据。

灵活性燃料管理策略对压水堆CIPS风险的影响研究

为提高核电机组能力因子和电站经济效益,越来越多先进的灵活性燃料管理策略被提出并应用。垢致轴向功率偏移(Crud Induced Power Shift,CIPS)作为影响核电站安全运行的重要因素之一,不同燃料管理策略对CIPS风险的影响不容忽视。本文以堆芯硼析出量作为判断标准,分别计算了某压水堆在18个月换料、16/20个月交替换料和24个月换料模式下的堆芯污垢(Chalk Rivers Unidentified Deposit,CRUD)总量、CRUD最大厚度及硼析出量,从CIPS风险控制角度给出最优的燃料管理策略。研究结果表明,24个月换料策略下的CRUD总量、CRUD最大厚度和硼析出量均最少,16/20个月交替换料策略下的CRUD总量、CRUD最大厚度和硼析出量均最多。从CIPS风险控制角度,24月换料模式具有一定的优越性。

中广核自主污垢行为分析软件CAMPSIS1.0研发与验证

压水堆污垢行为涉及材料、化学、热工、中子学等多个学科,包含了较为复杂的物理过程,可能引发污垢导致功率偏移(CIPS)、污垢导致局部腐蚀(CILC)等潜在运行风险,也会影响一回路冷却剂及金属表面的放射性剂量。自2018年开始,历时3年中广核开发了自主污垢行为分析软件CAMPSIS1.0,它包含腐蚀释放、水化学、核素活化、污垢沉积等污垢行为模拟所需的核心模型,同时具备了CIPS、CILC风险分析和一回路腐蚀产物活化源项分析的能力。通过实验数据、电厂正常运行和停堆期间的测量数据对软件进行了系统验证。结果表明,CAMPSIS1.0初步具备了在工程上进行污垢行为分析的能力。

一回路腐蚀产物在灵活性燃料管理模式下的沉积行为及源项水平分析

压水堆一回路腐蚀产物的沉积和迁移,不仅会降低燃料包壳传热效率,增加源项水平,还可能导致轴向功率异常偏移等现象,影响反应堆安全稳定运行。为适应电网需求变化和提高经济性,越来越多的反应堆采用更加先进且灵活的燃料管理策略。为研究不同换料策略下一回路腐蚀产物的沉积行为及源项水平,本文针对某百万千瓦级压水堆分别采用18个月换料、16/20个月交替换料和24个月换料模式开展了分析,并从控制一回路腐蚀产物沉积和放射性的角度给出了最优的燃料管理策略。研究结果表明,24个月换料模式的堆芯污垢(Chalk Rivers Unidentified Deposit,CRUD)总量最少、冷却剂源项水平最低,16/20个月交替换料模式的CRUD总量最多、冷却剂源项水平最高。综合考虑腐蚀控制和辐射防护,24个月换料模式具有一定的优越性。

热工-化学-物理耦合的压水堆CIPS风险分析方法及应用

压水堆(Pressurized Water Reactor,PWR)一回路金属材料的腐蚀产物随着冷却剂流经堆芯,在燃料包壳表面沉积后形成污垢(Chalk Rivers Unidentified Deposits,CRUD)。硼酸作为控制反应性的添加剂,可能在过冷沸腾(Subcooled Nucleate Boiling,SNB)区域的污垢内析出,造成燃料组件轴向局部区域功率发生变化,增大反应堆发生垢致轴向功率偏移(Crud Induced Power Shift,CIPS)的风险。目前广泛采用硼析出量作为CIPS风险的判断依据,此方法可初步估计CIPS风险等级,但无法精确计算出燃料组件轴向功率偏移(Axial Offset,AO)程度。本文基于CRUD沉积和硼析出过程中的热工-化学机理,开发了模拟硼析出的分析模型,并结合物理计算程序对某压水堆的AO进行了计算。研究结果表明,热工-化学-物理耦合的分析方法能够识别出CIPS风险最大的燃料组件,并提供CRUD对该组件AO影响的量化计算结果,提升了预测压水堆CIPS风险的准确性。