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。

氯盐冷却快堆子通道程序开发及初步验证

氯盐冷却快堆属于第四代先进反应堆的熔盐堆类型之一,采用高温氯盐作为冷却剂,具备高温、常压、较硬的中子能谱等特点,在固有安全性以及经济性上具有极大的优势和潜力。为计算和分析氯盐冷却快堆热工水力特性,自主开发了氯盐快堆子通道分析程序。基于7棒束几何结构模型,通过与Fluent计算结果相比较,重点分析和验证了氯盐快堆子通道分析程序采用的压降模型以及湍流交混模型。结果表明:氯盐快堆子通道程序所采用的Cheng-Todreas压降模型和Rogers-Rosehart湍流交混模型与Fluent在稳态与瞬态情况下的计算结果吻合很好,初步验证了所选模型的正确性和适用性。氯盐快堆子通道分析程序的开发和初步验证,将为新型氯盐冷却快堆提供有效的设计和分析工具。

熔盐球床堆堆芯入口热工水力特性数值分析

堆芯入口流场设计是小型固态燃料熔盐堆系统项目内容之一,它对反应堆结构的稳定性、堆芯温度和流场分布有着非常重要的影响。研究了熔盐流道流通面积变化对堆芯入口温度、流场分布及压降的影响,优化熔盐流道几何结构。以小型熔盐球床堆模型为研究对象,取符合实际边界条件的输入参数,通过改变熔盐流道流通面积,使用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)通用程序Fluent 16.0对堆芯入口内熔盐的热工水力特性进行数值模拟。在考虑实际下反射层流道的流通面积占比最大为18.14%下,研究了熔盐流道流通面积占比在区间[0,15.00%]变化。结果表明,堆芯活性区熔盐最高局部热点温度随熔盐流道流通面积比的增大而增高;堆芯入口内的压降随下反射层熔盐流道流通面积比的减小而增大;在径向方向上流进孔道的熔盐流速随着孔道远离堆芯位置而增大。本研究可为小型固态燃料球床熔盐堆优化设计提供一定的参考价值。

新型熔盐快堆中辐照熔盐靶件生产^(238)Pu的物理分析

以氯化物熔盐为靶基质对新型熔盐快堆中^(238)Pu的生产进行了分析,使用SCALE6.1(Standardized Computer Analyses for Licensing Evaluation Version 6.1)程序,对比了不同靶基质与靶件半径在^(238)Pu生产中237Np的转换率与利用率,分析了反射层的能谱分布、不同位置辐照孔道的237Np反应截面、靶件插入对堆芯反应性的影响以及生成^(236)Pu杂质浓度,并计算了^(238)Pu的纯度及产量随辐照时间的变化。结果表明:NpCl_(4)纯盐靶基质的^(237)Np转换率较高,减小靶件半径可提高^(237)Np利用率;远离堆中心位置的辐照孔道热中子份额较高,且靶件插入对堆芯反应影响较小;辐照孔道内靶件的^(236)Pu浓度可减小至1×10^(−7)以下,^(238)Pu纯度超过98%;当辐照周期为40 d时,^(238)Pu年产量为0.8 kg,^(237)Np转换率为99.4%。