秦山核电站二期反应堆堆芯流量分配数值分析

获得可靠的堆芯入口流量分配数据是改善压水堆堆芯热工水力性能的需要。应用计算流体力学方法研究了反应堆压力壳内复杂的流动现象,得到了秦山核电站二期600 MW反应堆1/4整体水力模型的堆芯入口流量分配状况,并对下腔室几何结构、冷管段入口流量等影响因素进行了敏感性研究。分析结果表明,双环路工况入口流量对堆芯入口流量分配影响较小;与双环路工况相比,单环路运行工况时流动特性显著变化,导致流量分配状况差异较大;堆芯入口流量再分配因子为0.05,与原型设计参数吻合。计算结果证实所采用研究方法有效,可为相关反应堆工程设计验证提供依据。

反应堆压力容器下腔室交混特性的数值模拟方法研究

反应堆冷却剂系统蒸汽管道发生破口事故后,硼溶液在反应堆压力容器下腔室的对流交混特性对于反应堆安全分析及事故后缓解与抑制策略制定均有重要作用。本文基于实验结果分析了反应堆压力容器下腔室的交混特性及浓度扩散过程,采用数值模拟方法结合实验数据比较了几种主要模型计算结果的准确性与可靠性。分析结果表明,压力容器下腔室的交混特性呈现出外围扩散特征,温度梯度法与组分输运模型具备描述浓度梯度扩散过程的能力,但在细节分布上仍存在进一步改善与优化的空间。

压水堆堆内进口环腔及下腔室中冷却剂三维流动的数值模拟

压水堆堆内进口环腔及下腔室内流动现象异常复杂，深入了解该现象对于进行可靠的反应堆堆内构件的设计及安全性分析具有重要的指导作用。目前国内外对下腔内流动机理的研究较多，但对于环腔内流动特性的研究则几乎没有。本文采用求解全三维Ｎ－Ｓ方程的有限体积法和两方程ＲＮＧＫ－ε湍流模式对压水堆环腔及下腔内三维冷却剂流动进行了数值模拟，结果发现，从环腔进口到堆芯内壳之间间隙减小，但压力剧升；在环腔水平面内存在着沿整个圆周的系列涡流；在环腔轴向，则存在系列涡柱，这些涡柱到达下腔室后慢慢混合均匀。这些现象的发现对于压水堆的结构设计具有指导作用。

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。

秦山二期核电厂反应堆下腔室交混特性CFD分析研究

运用CFD方法对秦山二期核电厂反应堆下腔室的冷却剂流动及交混特性进行了计算分析,并与反应堆整体水力模拟试验结果进行对比。结果显示:对于堆芯入口流量分配特性,无论采用迎风差分格式还是高精度差分格式,CFD计算结果均与试验结果符合较好;对于下腔室交混特性,两种差分格式的计算结果均与试验结果差异较大,相对而言,迎风格式的计算结果在最大与最小交混因子方面与试验结果更接近。进一步分析发现,是否考虑主泵引起的螺旋流动很可能是造成计算与试验结果偏差的主要原因。

压水堆下腔室流量分布数值分析

建立了压水堆下腔室流场的三维数值计算模型,计算了不同环腔厚度和环腔内冷却剂速度条件下,下腔室内冷却剂的流场,分析了环腔厚度和环腔内冷却剂速度对下腔室流向堆芯的流量分布的影响。入口速度不同或环腔厚度不同,在下腔内冷却剂流动形成漩涡的位置、大小和流动速度均会发生改变,导致通过流量孔板通孔的流量分布不同。入口速度较低时,流量孔板上所有通孔的流量分布比较均匀,在平均值附近波动,流量最高的通孔小组出现在边缘处;入口速度较高时,流量明显地呈现出中心高边缘低的特点。通孔小组的流量最大值随着环腔厚度增加由孔板的中心向边缘移动。

压水反应堆下腔室流动特性数值模拟分析

压水反应堆冷却剂在下腔室内的流动间接影响着堆芯功率分布的变化,为了掌握某新型反应堆下腔室设计的内部冷却剂流动特性并获取重要的流动参数数据,采用ANSYS WORKBENCH建立了下腔室原型结构的三维全尺寸计算模型,利用计算流体力学程序CFX对冷却剂在下腔室内的流动过程进行了数值模拟,获得了最佳估算流量条件下的下腔室内部流场和压力场分布,以及下腔室出口区域的流量分配以及典型结构的压降。计算结果表明该反应堆下腔室的冷却剂出口流量整体分配均匀,但呈现从中心区域到边缘区域的缓慢衰减;内部冷却剂流动导致的最大压力出现在四个径向支承块位置;下腔室内部典型结构的流动阻力大小依次为二次支承组件,均流板和堆芯支承下板。

水平加速条件下矩形通道内冷却剂温度与流场分析

运用流体计算软件模拟计算和分析了处于船用反应堆某处的矩形冷却剂通道在随船体水平加速运动时冷却剂的温度和流场,考虑了由于船体加速运动而引起的流量孔板流量分配的变化对矩形通道入口速度的影响。计算结果表明,在船体的水平加速度较大时,通道出口冷却剂的温度与流场的变化很大,但持续时间较短。

摇摆条件下矩形通道内冷却剂温度与流场分析

运用流体计算软件模拟计算和分析了处于船用反应堆某处的矩形冷却剂通道在随船体摇摆运动时冷却剂的温度和流场。在计算过程中,考虑了由于船体摇摆运动而引起的流量孔板流量分配的变化对矩形通道入口速度的影响。由计算结果发现,在船体摇摆过程中,通道内冷却剂温度和流场是由船体运动而造成的通道入口冷却剂平均流速变化和通道随船体摇摆共同作用的结果。当通道入口冷却剂平均流速变化较大时,通道内冷却剂温度和流场的变化主要体现了冷却剂流量变化;而当通道入口冷却剂平均流速变化较小时,通道随船体摇摆对冷却剂温度和流场的影响明显。

压水堆下腔室流场对堆芯流场和温度场影响数值分析

利用三维数值模拟,对不同环腔厚度和环腔内冷却剂速度条件下,下腔室内冷却剂流场进行了计算。在此基础上,对压水堆流量孔板冷却剂流量的分配情况进行了分析,并找出了通过流量孔板通孔小组的冷却剂流量与平均流量的最小偏差。分别计算了最小偏差条件下与平均流量条件下,堆芯内板状燃料元件周围冷却剂的流场和温度场。发现由环腔厚度或环腔内冷却剂速度不同而引起的下腔室流场分布不均匀,对堆芯内冷却剂流场和温度场影响较大。

10 MW级液态燃料熔盐堆堆芯流量分配优化设计研究

液态燃料熔盐堆的堆芯流量分配设计是其热工水力设计中的重要一环,目的是实现堆芯流量分布与功率分布的匹配,消除堆芯内的热点,而堆芯的水力结构设计对堆芯流量分配起着决定性作用。本研究建立了液态燃料熔盐堆的1/12堆芯模型,使用ANSYS FLUENT16.0软件进行了三维流场数值模拟,通过调节上腔室高度、下降环腔宽度、下腔室结构和流量分配装置进行优化,最终实现堆芯流量分布与功率分布的匹配。结果表明:增加上腔室高度可以平衡内外通道的流量分布差异,改善流量分布均匀性;增加下降环腔宽度可以减缓环腔出口处的下腔室涡流,同时展平流量分布,使流量与功率更好的匹配;增设导流围筒的圆柱型下腔室结构可以更好的抑制下腔室涡流,同时使流量分布更趋于平缓。基于上述分析,最终确定了最优的半椭球型上腔室高度、下降环腔宽度、下腔室几何结构与尺寸等参数,并设置倾斜非均匀孔径分布的导流围筒。以上结果对液态燃料熔盐堆的工程优化设计具有参考价值。

AP1000反应堆下腔室三维流场计算与分析

分析反应堆下腔室流体流动特性是进行堆内构件结构设计和堆芯热工水力设计的前提。AP1000下腔室结构较西屋设计的二代压水堆核电站做了很大改变。本文用计算流体动力学软件Fluent6．3．26计算了这种新型结构的三维流场、压力分布以及堆芯入口流量分配。通过不同结构模型三维流场计算结果的分析，验证了AP1000结构设计的合理性及其优点。同时，分析结果表明理论计算方法具有实际的工程应用价值。

高温气冷堆下联箱热气混合的数值模拟和几何优化

高温气冷堆下联箱用于混合温度不均的堆芯出口气体。已有研究显示,当前下联箱设计方案的气体混合能力尚待提高,由其导致的压力损失则需进一步降低。本文采用数值模拟方法,并对比实验数据,讨论了适用于下联箱几何优化的网格类型和网格规模,通过合并原有的肋片状流道以及扩展热气导管起始端,对下联箱的几何形状进行了优化,并通过对比不同优化方案选出了兼具提升气体混合率和减小压力损失的改进方案。本文的研究结果可为高温气冷堆下联箱的改进设计提供参考依据。

反应堆下腔室冷却剂流动特性数值分析

以小型反应堆堆芯入口处冷却剂流动情况、流量分配情况、下腔室搅混情况为研究对象,采用数值模拟的方法,对小型反应堆进行建模分析。研究表明,冷却剂在下降环腔各处流速差异较大,冷却剂会在左右两端发生汇聚后向下流动;下腔室下板孔处流量归一化因子极差可达0.268,冷却剂分配并不均匀;下腔室的搅混能力十分有限,冷却剂混合并不充分。

反应堆下腔室结构优化设计

对目前现有的反应堆下腔室结构的不足进行优化分析,针对性地提出解决措施。分析中重点从下腔室结构的稳定性、可靠性和流场的不均匀性入手,采用简化结构和计算流体力学(CFD)计算下腔室流场,使反应堆下腔室具有结构简单、稳定可靠、流场均匀等特点。

华龙一号反应堆下腔室结构优化设计

在华龙一号反应堆结构设计中,为提高反应堆结构的安全性,将堆芯测量探测器从反应堆下腔室引出改为从反应堆压力容器顶盖引出,下腔室结构发生改变,影响了堆芯入口流场的均匀性,故需要重新设计下腔室搅混结构以使流场分布均匀。通过对比百万千瓦级国产化二代改进型压水堆(CNP1000)、百万千瓦级先进非能动型压水堆(AP1000)及欧洲先进压水堆(EPR)3种堆型反应堆下腔室结构,结合华龙一号自身下腔室结构特点,借鉴其他堆型以及提出新型结构,共提出了4种结构优化方案,分别对不同方案进行建模幵利用计算流体力学(CFD)分析软件进行计算,从结构、制造、安装及流场分析等方面对4种新型下腔室搅混结构和CNP1000下腔室搅混结构进行对比分析,得出采用流量分配板结构的反应堆下腔室搅混结构为最优方案,其既能均匀搅混下腔室流场,又能使堆芯入口流量分配均匀。

小型压水堆下腔室交混特性实验研究

为研究小型压水堆下腔室的交混特性,本文基于比例模化方法,开展小型压水堆1∶3比例模型水力学实验,通过测量溶液浓度变化,获得在冷管流量均衡和非均衡工况下堆芯入口的交混因子矩阵。研究结果表明,均衡流量工况下,冷管流量的变化对堆芯入口交混因子矩阵未产生明显影响;非均衡流量工况下,靠近出口管的燃料组件交混因子受流量不均衡的影响较大,而中心区域的交混因子变化幅度较小。由此可见,小型压水堆在均衡流量下具有较稳定的下腔室交混特性,而在非均衡工况下需要重点关注出口附近燃料组件交混特性的变化。