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球床型氟盐冷却高温堆的初步中子学分析
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作者 李志峰 赵常有 +2 位作者 张广春 韩嵩 黄杰 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期197-201,共5页
为分析球床型氟盐冷却高温堆(PB-FHR)堆芯的关键中子学参数,建立了显式随机模型,基于随机填充方法计算了燃料球石墨基质内所有三层各向同性包覆颗粒(TRISO)颗粒的空间坐标,并采用离散元方法计算出堆芯活性区内全部燃料球的空间坐标。最... 为分析球床型氟盐冷却高温堆(PB-FHR)堆芯的关键中子学参数,建立了显式随机模型,基于随机填充方法计算了燃料球石墨基质内所有三层各向同性包覆颗粒(TRISO)颗粒的空间坐标,并采用离散元方法计算出堆芯活性区内全部燃料球的空间坐标。最后采用蒙特卡罗程序开展中子输运计算,分析燃料颗粒随机分布对堆芯中子学参数的影响。研究结果表明,TRISO颗粒的随机分布对栅元增殖系数、栅元群截面、活性区燃料球功率的影响较小,本文研究可为简化PB-FHR设计提供理论依据。 展开更多
关键词 球床型氟盐冷却高温堆(PB-FHR) 随机分布 增殖系数 群截面 燃料功率
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随机球床模拟方法对氟盐冷却高温堆中子学参数的影响分析
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作者 冀锐敏 严睿 +3 位作者 康旭忠 杨璞 于世和 邹杨 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期704-711,共8页
氟盐冷却高温堆(FHR)采用氟盐冷却球形燃料元件,其中子物理计算面临双重不均匀性问题:燃料球在堆芯内的随机排布和包覆燃料颗粒在燃料球中的随机排布。此问题是该堆型设计中面临的主要挑战之一。本文基于MCNP程序和固态燃料钍基熔盐堆(T... 氟盐冷却高温堆(FHR)采用氟盐冷却球形燃料元件,其中子物理计算面临双重不均匀性问题:燃料球在堆芯内的随机排布和包覆燃料颗粒在燃料球中的随机排布。此问题是该堆型设计中面临的主要挑战之一。本文基于MCNP程序和固态燃料钍基熔盐堆(TMSR-SF1)模型完成了不同燃料球床与燃料球描述对关键中子学参数(如k eff、堆芯能谱、控制棒价值和温度系数等)的影响分析。燃料球床描述使用随机序列添加(RSA)方法建立了随机球床模型与体心立方(BCC)结构的等效规则模型。包覆燃料颗粒描述则基于简立方(SC)等效模型利用MCNP程序中的URAN卡实现随机扰动。结果表明,包覆燃料颗粒随机分布的影响远小于燃料球随机分布的影响;尽管具有相同的总堆积密度,等效规则模型相比于随机球床模型会增加堆芯中子的泄漏,低估冷态满装载反应性约0.5%,高估控制棒价值约5%。 展开更多
关键词 冷却高温 TMSR-SF1 临界计算 MCNP 随机
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超级均匀化方法用于球床氟盐冷却高温堆扩散计算 被引量:1
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作者 戴明 朱贵凤 +2 位作者 戴叶 邹杨 余笑寒 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第9期84-94,共11页
球床氟盐冷却高温堆的控制棒位于侧反应射层内,存在无裂变中子源且受堆芯泄漏谱强烈影响的强吸收体区域扩散计算难题。超级均匀化方法(Super Homogenization,SPH)被用于对氟盐球冷却床堆侧反射层中控制棒区域的强吸收体进行等效均匀化处... 球床氟盐冷却高温堆的控制棒位于侧反应射层内,存在无裂变中子源且受堆芯泄漏谱强烈影响的强吸收体区域扩散计算难题。超级均匀化方法(Super Homogenization,SPH)被用于对氟盐球冷却床堆侧反射层中控制棒区域的强吸收体进行等效均匀化处理,同时堆芯除控制棒区域外采用谱修正方法(Spectra Modification,SM),将输运计算的结果作为基准进行验算。结果表明,SM-SPH模型能有效地计算球床氟盐冷却高温堆反射层控制棒价值及通量分布,并且较常规的SPH方法能更好地处理棒间干涉效应。 展开更多
关键词 冷却高温 控制棒 超级均匀化方法 强吸收体
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氟盐冷却球床高温堆燃料管理程序的开发与分析 被引量:1
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作者 贾国斌 戴叶 +3 位作者 伍建辉 陈金根 顾国祥 蔡翔舟 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期286-295,共10页
基于确定论的中子学分析程序在计算氟盐冷却球床高温堆(PB-FHR)时需解决双重非均匀性的燃料球均匀化、燃料球均匀化时出现的泄漏效应及燃料球在堆芯内连续移动与多次通过堆芯的燃料循环模式问题。本文基于DRAGON5与DONJON5程序开发了PB-... 基于确定论的中子学分析程序在计算氟盐冷却球床高温堆(PB-FHR)时需解决双重非均匀性的燃料球均匀化、燃料球均匀化时出现的泄漏效应及燃料球在堆芯内连续移动与多次通过堆芯的燃料循环模式问题。本文基于DRAGON5与DONJON5程序开发了PB-FHR的燃料管理程序PBMSR,并进行了验证。使用PBMSR对PB-FHR在不同燃料循环模式下进行计算与初步分析,结果显示在多次通过的燃料管理模式下,燃料球的通过次数对最深卸料燃耗影响较小,但对轴向功率分布影响较大。 展开更多
关键词 冷却高温 均匀化 PBMSR程序 燃料管理
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GPU加速的球床式氟盐冷却高温堆堆芯热工水力程序研发
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作者 鄂彦志 邹杨 +2 位作者 郭威 彭玉 徐洪杰 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第7期59-68,共10页
球床式氟盐冷却高温堆(Pebble Bed Fluoride-salt Cooled High Temperature Reactor,PB-FHR)是一种先进的第四代反应堆。三维堆芯热工水力程序能够模拟具有复杂空间效应的工况,但计算耗时较高。图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU... 球床式氟盐冷却高温堆(Pebble Bed Fluoride-salt Cooled High Temperature Reactor,PB-FHR)是一种先进的第四代反应堆。三维堆芯热工水力程序能够模拟具有复杂空间效应的工况,但计算耗时较高。图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)具有大量计算单元,可有效提高程序的计算速度。本文研发了GPU加速的PB-FHR堆芯热工水力程序(GPU-accelerated Thermal Hydraulic Code,GATH),采用非热平衡多孔介质模型建立堆芯物理模型,研究并实现了GPU高速求解算法。对PB-FHR的堆芯模型进行了热工水力分析,与商用计算流体力学软件ANSYS CFX的计算结果进行了对比,验证了程序的正确性。GPU加速性能分析的结果表明,程序整体的加速比率可达8.39倍,证明所研发的GPU求解算法能有效提升堆芯热工水力分析的计算效率。 展开更多
关键词 冷却高温 GPU加速 热工水力 非热平衡多孔介质
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氟盐冷却球床堆与HTR-10和MSRE的定量相似性分析 被引量:2
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作者 杨群 于世和 +3 位作者 邹杨 周波 严睿 徐洪杰 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期52-57,共6页
氟盐冷却球床堆是当前国际上一种新的研究堆型,尚无已经建造完成的反应堆,因此,选择相似且具有运行经验的反应堆作为基准题有助于堆芯核设计软件适用性分析。利用国际上常采用的相似性分析软件,可对熔盐实验堆(Molten Salt Reactor Expe... 氟盐冷却球床堆是当前国际上一种新的研究堆型,尚无已经建造完成的反应堆,因此,选择相似且具有运行经验的反应堆作为基准题有助于堆芯核设计软件适用性分析。利用国际上常采用的相似性分析软件,可对熔盐实验堆(Molten Salt Reactor Experiment,MSRE)及10 MW高温气冷堆(10 MW high-temperature gas-cooled test reactor,HTR-10)与氟盐冷却球床堆的相似性进行分析,定量判断它们作为基准题的合理性。分析结果表明,MSRE和氟盐冷却球床堆的能谱峰位能量接近且堆内元素种类相近,二者相似程度较高;常温临界HTR-10和氟盐冷却球床堆冷却剂不同,且能谱峰位能量差异较大,二者相似程度较低。因此,MSRE是氟盐冷却球床堆中子物理设计软件较理想的基准题。 展开更多
关键词 冷却 核设计 定量相似性 实验 高温气冷
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多普勒展宽舍弃修正对氟盐冷却球床高温堆中子学的影响分析
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作者 李志峰 蔡杰进 曾勤 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期973-978,共6页
超热区中子的弹性散射易受靶核热运动影响,传统的蒙特卡罗程序采用常数散射截面自由气体模型来描述超热区中子的散射过程。研究表明,忽略共振弹性散射效应所引入的误差随温度的升高而增加,而氟盐冷却球床高温堆工作在高温条件下,为减小... 超热区中子的弹性散射易受靶核热运动影响,传统的蒙特卡罗程序采用常数散射截面自由气体模型来描述超热区中子的散射过程。研究表明,忽略共振弹性散射效应所引入的误差随温度的升高而增加,而氟盐冷却球床高温堆工作在高温条件下,为减小共振区弹性散射计算误差,有必要在中子学计算中使用多普勒展宽舍弃修正方法以考虑其共振弹性散射效应。本文使用修改源码后的蒙特卡罗程序MCNP5对氟盐冷却球床高温堆栅元开展中子学计算,发现经多普勒展宽舍弃修正后的^(238) U的中子俘获率增加,无限增殖因数减小123~1 182pcm,且无限增殖因数偏差随燃料球栅元填充率及温度的升高而增大。 展开更多
关键词 多普勒展宽舍弃修正方法 冷却高温 238 U俘获率 无限增殖因数
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氟盐冷却球床堆球栅元少群截面计算 被引量:2
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作者 戴明 朱贵凤 +3 位作者 戴叶 于世和 邹杨 余笑寒 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第B05期100-106,共7页
氟盐冷却球床堆经10余年的发展,已逐步由预概念设计走向试验堆基准设计。本文采用确定论软件中的碰撞概率法模块对氟盐冷却球床堆球栅元建模,计算了其无穷增殖因数,少群均匀化总截面、俘获截面和裂变截面,并使用连续能量蒙特卡罗软件验... 氟盐冷却球床堆经10余年的发展,已逐步由预概念设计走向试验堆基准设计。本文采用确定论软件中的碰撞概率法模块对氟盐冷却球床堆球栅元建模,计算了其无穷增殖因数,少群均匀化总截面、俘获截面和裂变截面,并使用连续能量蒙特卡罗软件验证与分析。其中使用基于碰撞概率法的共振处理程序直接求解共振能区超精细群慢化方程,很好地处理了氟盐冷却球床堆的球型燃料元件所构成的双重非均匀系统。结果表明:确定论软件中碰撞概率法模块的计算结果与蒙特卡罗软件结果吻合,适用于对氟盐冷却球床堆进行少群截面加工。 展开更多
关键词 双重非均匀性 冷却 少群截面加工 蒙特卡罗方法
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钍基氟盐冷却高温堆TRISO包覆燃料颗粒结构优化分析 被引量:2
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作者 房勇汉 蔡翔舟 +5 位作者 陈金根 胡继峰 李晓晓 余呈刚 伍建辉 崔德阳 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第8期79-88,共10页
钍基氟盐冷却高温堆(Thorium-based Pebble Bed Fluoride Salt-cooled High-temperature Reactor,PBTFHR)作为第四代核反应堆的堆型之一,其燃料元件由TRISO(TRi-structural ISOtropic)包覆燃料颗粒组成,具有较好的中子性能和安全性。本... 钍基氟盐冷却高温堆(Thorium-based Pebble Bed Fluoride Salt-cooled High-temperature Reactor,PBTFHR)作为第四代核反应堆的堆型之一,其燃料元件由TRISO(TRi-structural ISOtropic)包覆燃料颗粒组成,具有较好的中子性能和安全性。本工作采用 SCALE 6.1 程序开展 PB-TFHR 的临界和燃耗性能计算,结合PANAMA模型研究包覆燃料颗粒的破损率,分析了PB-TFHR中TRISO包覆燃料颗粒的kernel半径、包覆层的厚度和密度对堆芯中子学性能、裂变气体氪、氙和碘产量及包覆燃料颗粒破损率的影响,给出优化的包覆燃料颗粒结构,为其物理设计提供参考。研究发现:当保持包覆层的厚度和密度不变时,较大的kernel半径(≥0.01 cm)可使堆芯处于欠慢化区,且堆芯温度反应性系数均为负值;在相同的燃耗下,kernel半径越小,堆芯中裂变气体的生成量越少,且包覆颗粒的破损率越小;当保持包覆层密度不变,只改变包覆层的厚度时,疏松热解炭层和内致密热解炭层的厚度对keff有较大影响;而当保持包覆层厚度不变只改变包覆层的密度对keff影响较小。 展开更多
关键词 钍基冷却高温 燃料 包覆燃料颗粒 燃耗 破损率
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圆柱容器内生成单粒径颗粒堆积的两阶段重力落球算法 被引量:1
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作者 刘峰瑞 黄建平 +1 位作者 黎忠 王纳秀 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期58-64,共7页
球床型氟盐冷却高温堆(Pebble-bed Fluoride-salt-cooled High-temperature Reactor,PB-FHR)是下一代核反应堆堆型之一,它融合了高温气冷堆的石墨基质包覆颗粒燃料球技术和熔盐堆的高温熔盐冷却剂技术。堆芯热工水力模拟计算(如在线换... 球床型氟盐冷却高温堆(Pebble-bed Fluoride-salt-cooled High-temperature Reactor,PB-FHR)是下一代核反应堆堆型之一,它融合了高温气冷堆的石墨基质包覆颗粒燃料球技术和熔盐堆的高温熔盐冷却剂技术。堆芯热工水力模拟计算(如在线换料模拟)常需要首先得到不同孔隙率的随机燃料球堆积。为此提出了一种可以高效地在圆柱形容器内部随机生成单一粒径且不同密实度的颗粒堆积的算法。算法分为两个阶段:首先类似传统颗粒自由下落方法来生成柔性颗粒的初始堆积(取颗粒杨氏模量远小于实际值);其次令初始堆积恢复刚性,通过限定时间步的大小和引入能量耗散机制使得堆积缓慢而自由地膨胀,从而逐渐消除初始堆积中的颗粒间重合。模拟结果表明,膨胀算法在计算效率上有较大优势,并且可以覆盖从松散到密实的堆积范围。通过控制自由下落阶段的杨氏模量、摩擦系数、缓慢膨胀阶段的摩擦系数这三个变量来控制堆积的孔隙率和计算效率。 展开更多
关键词 球床型氟盐冷却高温堆 燃料 积算法 离散元法
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氟盐冷却球床高温堆次锕系核素的嬗变研究
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作者 贾国斌 戴叶 +2 位作者 陈金根 邹杨 蔡翔舟 《原子核物理评论》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期539-545,共7页
针对氟盐冷却球床高温堆(FHR)深燃耗的特征,研究了FHR嬗变次锕系核素(MA)的可行性。研究结果表明:(1)优化后燃料球的参数为U-235富集度19.75%,UO_(2)与MAO2质量比为18:1;(2)燃料球在堆芯内的流速为4.59 cm/d、最深燃耗150 GWd/tHM;(3)... 针对氟盐冷却球床高温堆(FHR)深燃耗的特征,研究了FHR嬗变次锕系核素(MA)的可行性。研究结果表明:(1)优化后燃料球的参数为U-235富集度19.75%,UO_(2)与MAO2质量比为18:1;(2)燃料球在堆芯内的流速为4.59 cm/d、最深燃耗150 GWd/tHM;(3)次锕系核素的总嬗变率为26.16%。其中,Np-237、Am-241、Am-243通过中子的俘获吸收到重核素、β衰变到裂变核素两条途径可有效嬗变,Cm-243、Cm-244、Cm-245由于轻核素的俘获吸收以及β衰变的积累效应,不能有效嬗变。 展开更多
关键词 冷却高温 次锕系核素 嬗变
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熔盐沿螺旋十字型单棒层流混合对流传热数值研究
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作者 姜殿强 张大林 +3 位作者 陈凯龙 田文喜 秋穗正 苏光辉 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期76-84,共9页
西安交通大学提出的小型氟盐冷却高温堆(FuSTAR)概念设计采用了螺旋十字型燃料组件。为研究熔盐在螺旋十字型燃料组件的混合对流传热特性,建立了螺旋十字型单棒通道模型。采用计算流体力学(CFD)方法,以实验数据验证数值计算模型,94%壁... 西安交通大学提出的小型氟盐冷却高温堆(FuSTAR)概念设计采用了螺旋十字型燃料组件。为研究熔盐在螺旋十字型燃料组件的混合对流传热特性,建立了螺旋十字型单棒通道模型。采用计算流体力学(CFD)方法,以实验数据验证数值计算模型,94%壁温数据点的数值计算值与实验测量值之差在±5℃的范围内,94%平均传热系数数据点的数值计算值与实验测量值相对误差范围是−15%~15%。熔盐沿螺旋十字型棒混合对流传热的结果表明,自然对流在整体混合对流传热的影响程度与入口温度、热流密度有关;Φ/Gz(Φ为自然对流无量纲数的组合变量,Gz为格雷兹数)能更合理地评估自然对流在整体对流传热中的影响程度。此外,拟合了在30≤Re≤500,6≤Pr≤26,600≤Gr≤42000(Re为雷诺数,Pr为普朗特数,Gr为格拉晓夫数)时熔盐沿螺旋十字型单棒的层流混合对流传热关系式。 展开更多
关键词 冷却高温 FuSTAR 螺旋十字燃料 层流 混合对流 计算流体力学(CFD)
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PB-FHR的控制棒布局设计及物理效应 被引量:5
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作者 于世和 严睿 +3 位作者 冀锐敏 周波 刘亚芬 邹杨 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期89-94,共6页
反应性控制系统的设计是反应堆物理设计的主要内容之一。氟盐冷却高温球床堆(Pebble Bed-Fluoride salt-cooled High temperature Reactor,PB-FHR)用B4C吸收体的控制棒作为反应性控制的主要手段。所有控制棒分布于石墨反射层的孔道中,... 反应性控制系统的设计是反应堆物理设计的主要内容之一。氟盐冷却高温球床堆(Pebble Bed-Fluoride salt-cooled High temperature Reactor,PB-FHR)用B4C吸收体的控制棒作为反应性控制的主要手段。所有控制棒分布于石墨反射层的孔道中,其空间布局、几何结构、中子吸收体的特性参数等是影响控制棒反应性控制的关键因素。本文基于SCALE6程序,以10 MW固态燃料钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF1)(属于PB-FHR)设计模型为参考,系统研究了石墨反射层中控制棒径向位置、有效行程、棒体结构、吸收体长度、吸收体密度等因素对控制棒价值的影响。结果表明,控制棒的径向位置对控制棒价值影响较大;控制棒吸收体长度需综合考虑上下限位及极限下插限位对价值变化的影响;^(10)B的原子密度变化对控制棒价值影响较小。本研究为PB-FHR的反应性控制系统的设计及控制棒的制造加工提供理论参考。 展开更多
关键词 冷却高温 反应性控制 控制棒布局 控制棒价值
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球床结构对PB-FHR中子物理特性的影响研究
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作者 冀锐敏 严睿 +3 位作者 陈兴伟 于世和 周波 邹杨 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期16-22,共7页
氟盐冷却高温球床堆(PB-FHR)中燃料球的装卸依靠浮力完成。球床结构受堆芯几何、装卸料速度、熔盐密度、熔盐流动等诸多因素的影响,其不确定性是反应堆物理设计和安全分析中重点考虑的内容。参考装卸料实验台架(PRED)的实验结果,采用蒙... 氟盐冷却高温球床堆(PB-FHR)中燃料球的装卸依靠浮力完成。球床结构受堆芯几何、装卸料速度、熔盐密度、熔盐流动等诸多因素的影响,其不确定性是反应堆物理设计和安全分析中重点考虑的内容。参考装卸料实验台架(PRED)的实验结果,采用蒙特卡罗程序(MCNP)完成了固态燃料钍基熔盐实验堆(TMSR-SF1)球床堆积密度、球床底部形状、冷却剂泄漏导致的液位下降等因素对中子物理关键参数的影响分析。结果表明,堆积密度的增加(50%~64%)导致燃料球装载量的增加、有效增殖因数的增加、温度系数的增加和控制棒价值的减小;相对于平坦型球床底部结构,外锥型结构会随着锥角的增加导致反应性先增加后减小,内锥型和斜面型结构则会引入负反应性;冷却剂泄漏事故引起的堆芯冷却剂液位大幅降低会导致堆积密实幵引入负反应性。 展开更多
关键词 冷却高温(PB-FHR) 积密度 结构 反应性
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1 GWt PB-FHR负荷跟踪运行特性分析
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作者 张洁 阮见 +3 位作者 何龙 李明海 戴叶 蔡翔舟 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1055-1062,共8页
为研究熔盐堆系统在商业应用中的价值,分析其是否满足电网负荷的变化需求和安全运行的能力,本文以1 GWt球床式氟盐冷却高温堆(PB-FHR)为研究对象,仿真计算其在负荷跟踪模式下的瞬态行为和运行特性。以RELAP5/MOD4.0程序为研究工具,并植... 为研究熔盐堆系统在商业应用中的价值,分析其是否满足电网负荷的变化需求和安全运行的能力,本文以1 GWt球床式氟盐冷却高温堆(PB-FHR)为研究对象,仿真计算其在负荷跟踪模式下的瞬态行为和运行特性。以RELAP5/MOD4.0程序为研究工具,并植入相关的熔盐物性与计算关系式,建立氟盐冷却高温堆的热工水力系统与功率控制系统的仿真模型,对典型负荷工况参数变化情况下控制系统的响应特性进行仿真分析。结果表明:该氟盐冷却高温堆系统在设计的控制逻辑的调控下,展示出良好的负荷跟踪运行能力,堆芯功率能迅速响应负荷变化,功率超调和温度超调小,反应堆的运行参数始终处于合理的运行范围内。 展开更多
关键词 冷却高温 功率控制 负荷跟踪
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