新型反应堆下腔室结构设计研究

在三代压水型反应堆华龙一号设计中,为了控制堆芯入口反应堆冷却剂流场的流速,在压力容器下封头设置堆芯流量分配结构,对下腔室的冷却剂进行流量分配。本文基于华龙一号反应堆下腔室流量分配结构,提出了一种新型的流量分配结构,对新型结构进行建模并利用CFX方法开展了计算分析,通过与华龙一号现有结构的对比,分析认为新型流量分配结构可对进入下腔室的反应堆冷却剂进行充分搅混和流量分配,获得较均匀的堆芯入口流量分配效果,满足压水型反应堆堆芯入口流量分配设计准则,具有工程应用价值。

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。

反应堆下腔室流量分配装置结构流场分析

反应堆下腔室流量分配装置是保证反应堆冷却剂经由下腔室进入堆芯得到合理分配的重要装置。为了全面了解反应堆冷却剂在反应堆下腔室内的流动特性,通过对华龙一号反应堆的下腔室的流量分配装置和一种新型阶梯型下腔室流量分配装置采用三维流体计算软件FLUENT,分别进行完整压力容器下腔室流体域进行数值模拟分析,获得最佳估算流量条件下的下腔室流场分布和压力场分布、下腔室出口区域(即堆芯入口)的流量分配以及压降。

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。