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。

高温气冷堆球流检测系统中CsI(Tl)探测器温度影响研究

为保证球床式高温气冷堆(PB-HTGR)球流检测系统投影数据获取过程中输出信号的稳定性,需对探测模块输出暗电流的稳定性进行分析。本文随机选取了2组CsI(Tl)探测器模块作为研究对象,并专门设计了温度及暗电流的控制和测量装置,分析了模块暗电流的输出特性及其控制要求。实验结果表明:各探测单元输出暗电流随温度的变化呈近似指数变化,且室温下温度波动±2℃时第32路单元的暗电流波动达8pA。因此需对探测系统进行温度控制,同时分析实验数据并结合暗电流稳定性的控制要求,提出检测系统的最佳温控范围为(18~22)℃,对应的温控精度为(±0.92~±0.21)℃。

我国球床模块式高温气冷堆核电站的关键设备投产

世界首座球床模块式高温气冷堆核电站示范工程燃料装卸与储存系统输送转换设备项目在陕西省宝鸡高新区正式投产。这标志着我国自行设计、自行制造、自行营运的球床模块式高温气冷堆核电站关键设备及核心部件进入生产阶段，为我国发电、炼油和化工等领域占领时代制高点提供了战略支撑。

高温气冷堆换料过程的球流数值模拟与分析

针对高温气冷堆球床堆芯换料过程中复杂的球流运动行为,本文完成了球流数值模拟与分析。应用离散单元方法对高温气冷堆球床堆芯进行建模,实现了极低换料速度下间歇性堆芯球流的准静态流动模拟。对比分析了不同的杨氏模量与球床高度下球流速度分布、流线分布和局部滞留等球床特性的差异,明确了杨氏模量的选取对于模拟结果可信程度的影响。结果表明:球体刚度、球床内球体数量的变化会显著影响球床底锥结构内的球流特性,球床的球流流态随球体数量的减少由整体流转变为漏斗流,球体杨氏模量不低于107 Pa,能较好地保证计算精度。

高温气冷堆非能动舱室冷却系统排热功率计算分析

非能动舱室冷却系统(RCCS)是模块式球床高温气冷堆(HTR-PM)的重要安全设施,准确预测事故工况下其与反应堆压力容器间的传热量对于RCCS设计具有重要意义。本文依托HTR-PM热态调试阶段反应堆压力容器壁面温度分布,采用计算流体动力学(CFD)方法,开展了RCCS全比例三维辐射传热及对流换热模拟。结果显示,Realizable k-ε湍流模型与Discrete Ordinates辐射传热模型可准确预测RCCS的排热功率,数值结果与测量结果相对误差在10%左右。基于THERMIX程序计算得到的事故工况后反应堆压力容器壁面温度分布,计算分析了投入不同列数RCCS及不同冷却水温度下的排热功率,并给出了不同工况时水冷壁与混凝土温度分布计算结果。

二维双区球流运动唯象方法的数值模拟

为研究燃料球和慢化球呈双区分布的球床式高温气冷堆球流运动的规律,以二维双区球流运动实验台架为参照,采用离散单元法(DEM)进行数值模拟。从唯象的角度对模拟结果进行分析,研究了双区分布的形成过程、中心区、交混区与滞留区以及速度分布等问题。模拟结果表明:在当前模拟条件下,可形成稳定的中心区,中心区与环形区之间存在交混区,且存在滞留区。本体内越靠近底部卸料口,竖直方向速度分布越不均匀,水平方向的扩散越来越大。

球床式高温气冷堆球流混流的影响分析

研究球床式高温气冷堆球流存在的混流对堆芯关键参数的影响。开发了能模拟球流混流过程与效果的MFVSOP程序。选择球床模块式高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)平衡堆芯为研究对象,对比分析不同的混流程度对堆芯功率峰值、功率密度等参数的影响及其不确定性。分析发现,混流对球床式高温气冷堆关键参数的不确定性影响不大,多次通过的燃料循环方式可降低不确定性。

球床式高温气冷堆球流混流的模拟

球床式高温气冷堆(HTR)球流运动存在混流的现象,它会对功率峰值等堆芯参数发生影响。该文开发了专门的混流模拟方法,在原球床高温气冷堆分析程序VSOP的基础上开发了新的程序系统MFVSOP。新程序通过设定不同的混流比例可模拟球床式高温气冷堆堆芯每个流道与相邻流道的混流,实现其与堆芯物理、热工、燃耗等计算耦合并有能力分析球流混流运动对堆芯燃耗分布、功率分布等参数的影响。对于研究球床式高温气冷堆的运行特性及不确定性分析提供了有力的计算工具。

二维球流运动摩擦系数影响的数值模拟

为研究摩擦系数对球流运动的影响,参照二维堆芯球流运动实验台架,采用离散单元法对球流运动进行了数值模拟,并对从标记点产生的球流区域的均值流线、标准方差和平均停留时间等进行了比较和分析。结果表明:球的摩擦系数对球流流场影响不大;球的摩擦系数越大,水平方向扩散越小,流动越均匀;壁面摩擦系数对水平方向扩散影响不大;壁面摩擦系数越大,流动越不均匀。

球床式高温气冷堆球流混流影响的机理

球床高温气冷堆球流运动存在由于随机扰动引起的混流现象,它对于功率分布等堆芯关键参数有影响。通过开发工具、定量分析,发现其影响较小,而多次通过的燃料循环方式有效降低堆芯关键参数由于燃料球随机运动而造成的计算不确定性。球流混流使得堆芯不同区域内不同价值的核燃料球实现交混,对比分析堆芯各区域核密度及燃料球燃耗深度变化结果表明:混流效应使堆芯各区域核密度发生变化,但球床式高温气冷堆堆芯燃料球分布和运动使得堆芯各区域核密度差异不大,而多次通过使此差异更小;因此混流效应使得各区域核密度变化很小,进而对堆芯关键参数影响很小。

双区球床堆芯球流运动二维比例模型唯象实验

为研究燃料元件和慢化球呈双区分布的球床高温气冷堆球流运动规律,建立了实际堆芯的二维比例实验模型。从唯象角度实验研究了双区分布形成过程、中心区/模糊区大小与形状、滞留区等与堆芯物理和结构设计相关问题。结果表明:球流运动具有随机特性,但宏观上具有确定性,本实验条件下可以形成稳定的双区分布;加装导向挡板对双区的形成及其形状、大小没有影响,但对双区交界处的交混有改善作用;本实验条件下存在滞留区,可通过改变本体底部设计加以消除。

HTR-PM非能动余热排出系统运行特性分析

非能动余热排出系统是球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)的重要安全系统。由于非能动余热排出系统与堆芯主回路之间通过辐射换热耦合在一起,为了分析事故工况下非能动余热排出系统的运行特性,提出了用区域重叠分解方法实现非能动余热排出系统与主回路系统的耦合计算。基于此方法开发了耦合计算分析工具TINTE-RHRS,建立了多回路系统模型。应用TINTE-RHRS程序模拟了失冷不失压事故下HTR-PM余热排出系统的热工水力特性,计算结果验证了堆芯主回路与余热排出系统耦合计算的必要性,分析了事故工况下投入运行列数和环境温度等对系统运行特性的影响。