海洋工况下海洋小堆热工水力特性分析

海洋的开发,对核能有很大的需求空间。相较于陆基堆,海洋小堆在堆形的结构设计、设备及系统布置等,有着不同的特征。为适应船舶舱室与海洋环境,本文参照某型模块化小堆的主要设备结构和系统布置,得到一种改进后的海洋一体化小堆设计方案和设计参数。使用添加了海洋工况计算模块的RELAP5软件,对其中一个设计方案,引入海洋工况;通过和船舶设计单位的深度合作,得知其在产品生产设计中重点关注的摇摆及倾斜工况:一般设计角度:22.5°以及极限设计角度:45°等。在强迫循环及RELAP5稳态卡中暂未加入控制模块的情形下,根据模拟结果,观察和分析关键热工水力参数的运行特性。

摇摆条件对反应堆及破口时水力学特性的影响

传统的热工水力系统程序难以对海上反应堆进行模拟计算和安全分析。通过在动量方程中增加附加力模型,并基于摇摆对系统各控制体的影响,修改了程序模型坐标,实现了程序的二次开发;对二环路小堆进行简化设计和建模,并分析了摇摆振幅和周期对海洋小堆水力学特性的影响。对两种尺寸破口事故进行了摇摆时的模拟和分析,结果显示,摇摆会造成流量周期性变化且有相位差,破口时摇摆带来的周期附加力会对原流量进行补偿或叠加。

振荡条件下熔融池传热特性研究

为获得振荡条件下熔融池的传热特性,本研究以海洋小型反应堆(简称海洋小堆)双层熔融池为对象开展实验研究。实验采用氟化液FC-40和水分别模拟熔融池的氧化层和金属层,获得了不同振荡条件下熔融池的温度场以及传热量的瞬态变化情况。实验结果显示,振荡条件在运动初始阶段对熔融池的影响最为剧烈,随着振荡运动的持续,熔融池会达到热平衡准稳态。一般情况下,振荡条件下熔融池的温度分层减弱,整体温度较静止条件下的温度低,且向冷却壁面的传热量增大。在相同的高强度振荡条件下,纵向振荡的影响比横向振荡更为剧烈,而在低强度振荡条件下,纵向振荡的影响可以忽略。此外,本研究提出了一个新的无量纲参数Lo来表征振荡影响强度,该参数表示在振荡条件下,特征振荡附加力与流体的特征剪切力之比,可用于量化在相同振荡方向条件下不同振荡强度的影响。本研究成果可为海洋小堆的熔融物堆内滞留(IVR)分析和安全系统的设计提供有价值的参考。