球床式高温气冷堆旁流三维数值模拟

针对球床式高温气冷堆中散体布置的石墨砖等结构带来的旁流问题,数值模拟了高温气冷堆满功率稳态运行时卸料管、控制棒通道及窄缝中的旁流特征。通过结合华能集团自主研发的HN-750型球床式高温气冷堆的结构特点和流道特征,建立了包含窄缝、顶反射层、堆芯球床、底反射层及底部球腔的反应堆三维几何模型和近真实物理数学模型,生成了网格数为2.6亿的混合网格。结果表明,总旁流占总流量比例为29.25%,窄缝旁流占总流量比例为24.43%,并且呈现出回流特性,卸料管旁流占比3.87%,控制棒通道旁流占比0.95%。该研究考虑了非轴对称的进出口结构,是对现有的球床式高温气冷堆二维轴对称模型的补充和提升;该研究针对球床式高温气冷堆的大规模三维数值计算,为球床式高温气冷堆的热工水力优化和安全分析提供了丰富的数据支撑。

球床式高温气冷堆初次临界物理计算的蒙特卡罗方法模型分析

对HTR-10初次临界的几何模型进行了对比和分析,运用基于蒙特卡罗方法的MCNP4B和TRIPOLI-4.3程序描述了高温气冷堆的包覆燃料颗粒在燃料球内的随机分布以及燃料球和石墨球在堆芯的随机混合分布。应用TRIPOLI-4.3对HTR-10进行了初次临界物理计算,并且与已有的MCNP4B的计算结果进行了比较。结果表明:基于蒙特卡罗方法的MCNP4B和TRIPOLI-4.3程序,采用适当的几何描述方式可以用于球床式高温气冷堆的初次临界堆芯物理计算。

球床式高温气冷堆球流及球床辐射的理论与实验研究进展

球床堆芯的球流及等效导热系数是直接影响球床式高温气冷堆设计、运行和安全的重要依据,具有重要的意义。清华大学核能与新能源技术研究院近年对球流和球床等效导热系数进行了实验测量、理论研究和数值模拟,全面深入地揭示了球流规律、球流纺及径向内扩散规律、球床几何优化、物性参数影响、球流流态表征及刻画、球床等效导热系数建模等。本文对此进行了回顾总结,并指出了下一步的研究方向。

球床模块式高温气冷堆在线燃耗测量系统准直器性能的Monte-Carlo分析

针对球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)燃耗测量系统的设计特点,利用Monte-Carlo模拟方法,分析球形体源测量中不同形式的限制束流的准直器的性能及其对燃耗测量的影响。结果表明,对HTR-PM在线燃耗测量,选择双锥孔准直器更为适宜。

球床式高温气冷堆MOX燃料循环优化

与压水堆相比,球床式高温气冷堆能在堆芯结构不做明显改变的情况下采用全堆芯装载混合氧化物(MOX)燃料元件。基于250MW球床模块式高温气冷堆堆芯结构,设计了4种球床式高温气冷堆下MOX燃料循环方式,包括铀钚混合的燃料球和独立的钚球与铀球混合装载的等效方式,采用高温气冷堆设计程序VSOP进行分析,比较了初装堆的有效增殖因数、燃料元件在堆芯内滞留时间、卸料燃耗、温度系数等主要物理特性。结果表明:采用纯铀和纯钚两种分离燃料球且铀燃料球循环时间更长的方案,平均卸料燃耗较高,总体性能较其他循环方式优越。

350MWt模块式高温气冷球床堆设计研究

提出一种350 MWt模块式高温气冷球床堆(HTR-350)方案设计,该堆采用具有石墨球中心区的环形堆芯设计方案,以强化反应堆在失冷失压事故中堆芯固有余热导出能力,从而可将国外设计的球床式模块堆的单堆功率由200 MW提高到350 MW,改善了模块堆的经济性。文章描述了HTR-350设计特点、主要参数及事故安全特性,并论述为克服环形堆出口气流温度不均匀性所采取的技术措施,给出了堆芯出口气流混合模型实验的结果。

世界首座模块式球床高温气冷堆

西方国家早在1960年代就提出了高温气冷堆的设计概念,并开展了相关研发。至1979年,高温气冷堆已经历了试验电站、原型电站阶段,先进的球床式模块堆设计概念也已提出。虽然1980年代,在接连遭遇美国三英里岛核事故和苏联切尔诺贝利核事故后,国际上核能研发进入低谷,高温气冷堆也陷入停滞状态,但中国加快高温气冷堆技术的研发和创新,于2000年成功建成世界首座10兆瓦模块式球床高温气冷实验堆,其核安全技术处于世界领先水平。

球床式高温气冷堆的余热不确定性分析

反应堆在停堆后相当长时间内仍具有较高的剩余发热是核电站的重要特性,也是核电站安全分析的关键。因此,对反应堆余热及其不确定性进行分析,对于合理设计余热排出系统、研究论证燃料元件在事故后的安全特性等均具有重要意义。本工作结合德国针对球床式高温气冷堆制定的余热计算标准,介绍了球床式高温气冷堆剩余发热及其不确定性的计算方法,并结合200 MWe球床模块式高温气冷堆示范工程(HTR-PM)的初步物理设计,对长期运行在满功率平衡堆芯状态下的反应堆停堆后的余热及其不确定性进行了计算分析,为进一步的事故分析提供依据。

球床模块式高温气冷堆核电站特点及推广前景研究

结合20万千瓦级球床模块式高温气冷堆核电站示范工程技术特点,从安全性与经济性等角度深入研究高温气冷堆核电站的发展优势和前景。探索球床模块式高温气冷堆核电站潜在商机和未来融资方式。探索未来发展的产业布局和潜在用户。得出结论:球床模块式高温气冷堆核电站采用氦气透平发电技术能充分利用其技术潜力,未来群堆建设的经济性好,在国内和发展中国家大量建设有广阔的市场和重大意义。

基于γ测量的球床式高温气冷堆内乏燃料球探测方案的模拟分析

在球床式高温气冷堆中,对排出堆芯的乏燃料球的探测和数量统计是燃料监测的重要内容。按国际原子能机构针对球床式高温气冷堆核安保的要求,对于燃料装卸系统管道内的燃料监测应开发一种独立于现有涡流检测原理的新监测方案。本文提出了一种基于γ测量原理的新探测方案,设计了探测器构型,对其在堆稳态运行时的探测功能进行验证。结合球床式高温气冷堆HTR-10的燃料球放射性核素数据,及对不同球速不同燃耗的燃料球经过探测区域过程的蒙特卡罗模拟分析,验证了此方案对单个燃料球鉴别和计数的可靠性,同时证明了该方案对于燃料球球流探测的可行性,为今后该探测方案的完善和实际装置的制作提供了设计基础。

球床式高温气冷堆球流CT探测器辐照光输出稳定性研究

针对长时间实验过程中CsI(Tl)闪烁体探测器的辐照光输出会不断变化的问题,在实现探测器输出暗场的稳定性控制后,对按实际堆芯5∶1比例缩小设计的球流检测系统进行了长达48h的空载γ射线辐照,并记录了暗场稳定性的控制结果及探测器的辐照光输出。结果表明:各闪烁体探测单元受γ辐照后,辐照光输出先不断上升,达到最大值后再线性下降。分析探测器辐照光输出发现,几何尺寸和物理成分相同的各探测单元彼此间的辐照光输出上升幅度比与辐照损伤均存在差异,但辐照光输出达到最大时对应的累计剂量基本相同,且与初始辐照光输出大小无关。最后提出了对系统辐照光输出的上升和下降阶段分别采用指数校正和线性校正的思路,为球床式高温气冷堆球流检测系统图像重建过程中投影数据的校正提供解决方案。

球床模块式高温气冷堆中的炭材料(英文)

与人类使用炭材料的悠久历史相比,炭材料在核反应堆的首秀却只是发生在70多年前。凭借其优良的综合性能,炭材料在核反应堆特别是高温气冷堆(HTR)中发挥了重要作用。作为第四代核反应堆候选堆型中最有希望的代表,中国的球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)目前正在建设中。在HTR-PM中,炭材料扮演着堆芯结构材料、反射层、燃料基体、慢化剂、热和中子屏蔽材料等多重角色。由于炭材料的尺寸和性能受高温和中子辐照的影响,因此对于在HTR-PM中使用的炭材料的各项性能都有着严格的要求。本文详细介绍了HTR-PM中各种炭材料的性能及其制造工艺的要求,并简要介绍了HTRPM当前的现状和未来的商业化发展。此外为满足未来高温气冷堆商用核电站的全面国产化需求,对生产核级石墨和石墨粉的主要原材料如焦炭和天然鳞片石墨未来的长期稳定供应进行了展望。最后简要介绍了目前正在美国橡树岭国家实验室入堆进行辐照试验的国产核级石墨的现状和未来的辐照试验计划。本文旨在为有志于研发用于未来商用高温气冷堆核电站中的炭材料的生产厂家提供参考,文中提及的大量信息对于炭材料的科研人员也很有借鉴意义。

球床式高温气冷堆堆芯三维建模及稳态热工水力分析

准确可靠的反应堆热工水力分析对球床模块式高温气冷堆的设计及安全运行具有重要意义。基于氦气冷却剂在高温气冷堆堆芯的流动和传热进程,利用CFD软件构建高温气冷堆堆芯的三维耦合模型,模拟计算额定工况下氦气冷却剂在堆芯内的流动和传热过程,并将计算结果与使用THERMIX软件的计算结果进行对比。结果表明:在额定工况下三维模型的稳态计算结果与THERMIX计算数据吻合,相对误差小于1%,三维模型可用于模拟堆芯的冷却剂温度分布情况。研究结果可为后续开展高温气冷堆的堆芯旁流等复杂热工水力现象的分析奠定基础。

高温气冷堆球床模拟研究

本文描述了漏斗形高温气冷球床堆的模拟计算方法及数据转换情况,克服了原来VSOP程序系统只能将漏斗形堆芯等效成一个圆柱体的局限性,新的程序系统CHTRP可依照实验测得的球流速度曲线剖分几何网格层,对于不同尺寸的反应堆锥体都可进行模拟计算,并作了实例计算,取得了令人满意的结果,为高温堆物理设计和分析提供了有力的工具。

高温气冷堆球床等效导热系数实验研究进展

堆芯球床等效导热系数是直接影响高温气冷堆燃料最高温度和堆芯温度分布的关键参数;在余热导出过程中起主导作用。开展球床等效导热系数的实验研究对于反应堆分析程序的完善、研究提高高温气冷堆单堆功率的可能性、以及工程的安全分析具有重要的意义。综述了国内外球床等效导热系数测量的研究现状,给出了清华大学HTR-PM三维堆芯球床等效导热系数测量实验最新成果,总结了各国实验的研究手段,对研究方向进行了讨论。

球床高温气冷堆使用可燃毒物的方案探讨

为改善球床高温气冷堆在特定情况下功率分布的形状和峰值,可在燃料球内添加可燃毒物。本文分析两种可燃毒物的添加方式,燃料球石墨基体均匀添加可燃毒物和燃料球内添加可燃毒物颗粒。由于10B的强吸收性能,均匀添加可燃毒物的消耗速度过快,不易控制,而通过添加不同尺寸的可燃毒物颗粒可优化燃耗速度,有效改善堆芯功率分布的形状和峰值。

球床高温气冷堆卸料燃耗阈值对平均卸料燃耗的影响

基于蒙特卡罗方法开发了球床高温气冷堆燃料球运行历史模拟程序,分析不同卸料燃耗阈值对平均卸料燃耗、卸料燃耗分布的影响,并分析了不同球流速度模型下的差别。结果表明,卸料燃耗阈值对于平均卸料燃耗、卸料燃耗分布很大程度上受到各流道燃料增量的特性的影响。

高温气冷堆球床有效导热系数的计算模型及其在SANA基准试验分析中的应用

用THERMIX程序计算了石墨球床的温度分布。研究了高温气冷堆球床内部热量传递机制，给出了三种有效导热系数的分析方法和计算模型。以国际原子能机构(IAEA)关于“高温气冷堆在事故工况下的热传输和余热载出”问题的合作研究计划(Coordinated Research Program简称CRP)的SANA基准试验为基础，计算了球床内的温度分布和自然对流对传热的影响。计算结果与实验测量结果作了比较，证实了THERMIX程序和有效导热系数的准确性。

球床高温气冷堆吸收体价值计算的验证

VSOP程序广泛用于球床高温气冷堆的工程设计。对于被布置在堆芯侧反射层孔道中、用于反应性控制的吸收体,由于物理计算方法的限制,VSOP程序不具备计算其价值的功能,必须借助其他确定论程序进行外部耦合计算,涉及到几何的近似处理、截面的归并和转换,可能引入额外的误差。为此,本文采用蒙特卡罗程序建立了精细的堆芯模型,真实描述了堆芯活性区的球床结构、侧反射层的孔道结构、吸收体的形状和位置,在同样的堆芯状态下,比较了确定论耦合程序和MCNP程序计算得到的吸收体价值。结果表明:确定论耦合程序的计算结果是准确的,从设计角度上是偏保守的。

先进的规则床模块式高温气冷堆概念

规则床模块堆是燃料球呈规则堆积的一种先进的模块式高温气冷堆设计。燃料球在平面上成正方形排列,四个球的中心是次一层球的位置,形成正四棱锥堆积。当燃料球落入被做成一定几何形状的堆芯空腔时,就自动形成规则堆积。燃料球可以从反应堆顶部装入和卸出,能够在较短的停堆时间内完成换料操作。规则床堆芯是一种密实体,具有很强的结构适应性和稳定性。在模块化设计中,保持非能动冷却和限制最高燃料温度的条件下,它能够提高输出功率和降低堆芯压降,同时还兼有球形燃料堆和柱状燃料堆的主要优点。本文介绍规则堆积床特性和预测规则床模块堆的设计性能。