HTR-PM高温气冷示范堆堆芯石墨粉尘产生量估算

在球床式高温气冷堆堆芯内,影响石墨球摩擦磨损率的关键条件为载荷与温度。此前,中国辐射防护研究院研究了载荷对石墨球摩擦磨损性能的影响,得到了石墨球磨损率与载荷的关系。本文在此基础上进一步研究了温度对石墨球磨损率的影响,通过拟合得到了石墨球磨损率与石墨球所受载荷、温度之间的关系式,结合HTR-PM高温气冷示范堆内燃料元件所受载荷和温度的分布情况,计算得出石墨球之间摩擦产生的石墨粉尘量约为14.01 g/d(5.1 kg/a)。

载荷对HTR-PM高温气冷堆用石墨球摩损性能的影响

采用摩擦磨损试验机研究了载荷对HTR-PM高温气冷堆用石墨球在氦气气氛下的摩损性能影响,并利用光学显微镜分析了磨损表面形貌,利用激光粒度仪和扫描电镜分析了石墨粉尘的粒度和形貌。结果表明:在氦气气氛下,摩擦系数随着载荷的增加呈现减小的趋势;产生的石墨粉尘主要呈片状或絮状体,有较强的粘附性,粒度随着载荷的增加而增加;不同载荷下,随着时间的增加,石墨球的磨损率不断减小,最终趋于一个稳定值。

基于THERMIX/BLAST和vPower平台的HTR-PM工程模拟机开发

模块式高温气冷堆示范电站(HTR-PM)在山东荣成石岛湾开始兴建,本文通过将THERMIX/BLAST程序嵌入至vPower仿真平台,开发了HTR-PM工程模拟机。其中两个嵌入vPower仿真平台的THERMIX/BLAST程序模块分别模拟2个由堆芯、一回路和蒸汽发生器组成的蒸汽供应系统模块,与利用vPower仿真平台建立的汽轮发电机系统模块相连接,在平台上实现了数据的管理及人机界面。该工程模拟机可用于模拟和分析HTR-PM的稳态工况、瞬态事故工况。

HTR-PM堆芯出口热气混合实验相似性分析

球床模块式高温气冷堆核电站(HTR-PM)堆底设有热气混合结构,使堆芯流出的氦气混合均匀。堆芯出口热气混合实验用于测量和分析该混流结构的混合性能及其阻力特性。为使设计的热气混合实验系统及实验工况能反映HTR-PM的混流结构的实际混合性能和阻力特性,在确保实验经济成本的前提下,根据相似性准则,分析确定了堆芯出口热气混合实验系统的设计准则和具体参数,并利用Fluent软件对所设计的实验装置内的流场和温度分布进行了数值模拟。该混合实验系统及其工况与HTR-PM实际堆底混流结构具有相似性,在此实验的基础上,可通过理论分析和数值模拟得到HTR-PM实际堆底混流结构的混合性能和阻力特性。

HTR-PM二回路图形建模与仿真研究

介绍了在vPower仿真平台上嵌入THERMIX代码来研究紧凑型高温气冷堆仿真机的方法。根据模块式高温气冷堆示范电厂二回路系统的特点和结构,利用vPower仿真平台建立二回路各个系统的组态模型并进行稳态和瞬态仿真结果分析。结果表明,稳态值与设计值的误差均在2%范围内;额定工况下,主调节阀关小和给水流量减少2个典型瞬态响应过程曲线趋势合理,动态响应各项指标及最终稳定值满足要求;循环水泵关闭导致凝汽器循环水中断的事故情况下,因凝汽器真空过低调节主蒸汽阀门迅速关闭,主蒸汽流量减小同时汽轮机跳闸。

HTR-PM蒸汽发生器入口结构对流量分配影响的数值研究

针对高温气冷堆核电站示范工程（HTR-PM）蒸汽发生器实验模型的一回路流量分配进行了数值模拟研究。用Gambit前处理软件建立了数值计算模型并进行网格化处理，通过Fluent流体力学计算软件对没有遮流板和添加不同角度遮流板情况下换热组件出口流量分配均匀性进行模拟分析，结果表明垂直角度的遮流板能够最优地改善流量分配均匀性。同时根据腔体内流速分布，可知由于遮流板的缓冲作用，能够有效缓冲气流对蒸汽发生器内传热管的冲击。计算结果证实了蒸汽发生器内部结构的改进能够改善一回路流量分配均匀性，为-PM蒸汽发生器的设计提供了指导。

基于THERMIX/BLAST和vPower平台的HTR-PM启停堆过程仿真分析

将THERMIX/BLAST程序嵌入至vPower仿真平台,开发球床模块式高温气冷堆示范电厂(HTR-PM)工程模拟机。在该工程模拟机上进行双堆冷启动过程和双堆正常冷停堆过程的模拟仿真,分析2种工况中反应堆功率、氦气流量、蒸汽发生器出入口参数及汽轮机入口蒸汽参数等关键参数的变化趋势,总结双堆冷启动过程和双堆正常冷停堆过程的运行特点。结果表明,2个反应堆在运行过程中互相影响,二回路参数变化是2个反应堆耦合的结果。

HTR-PM侧反射层结构相似模型抗震试验与分析

采用石墨键榫系统连接固定的HTR-PM堆芯在地震下表现出非线性特征。为研究HTR-PM堆芯的非线性响应,清华大学核能与新能源技术研究院开展了堆芯侧反射层结构的1∶3相似模型抗震试验。试验模型由石墨砖、碳砖、石墨圆榫、方键和燕尾键组成。试验分下筒无球、下筒有球和全模型有球3种工况。每种工况分别施加白噪声、OBE、SSE等多种载荷。通过试验获得了侧反射层模型的模态、加速度动态响应、位移动态响应等结果。试验加载符合安全标准,堆内构件在地震载荷下的完整性得到验证。

基于流动与传热网络的HTR-PM堆内热工水力模拟

球床模块式高温气冷堆核电站(HTR-PM)全尺寸模拟机的开发是示范工程的重要组成部分,HTR-PM堆内热工水力过程的模拟是模拟机开发的关键技术之一。本文针对堆内热工水力过程的模拟进行了研究,根据堆内几何结构和热工水力过程的特点,采用组件搭建的方式建立了HTR-PM堆内流动与传热过程的计算模型,基于所建立的流动与传热网络模拟方法,编制了相应的模拟计算程序,实现了HTR-PM堆内热工水力过程的模拟,给出了反应堆50%FP、100%FP稳态工况、控制棒误提升事故工况的模拟结果,通过与设计分析程序THERMIX的比较进行了验证。对比结果表明,模拟方法和基于流动与传热网络的计算模型能够满足模拟机的开发要求,反映了堆内热工水力过程的特点。

HTR-PM热气混合结构热工水力分析

利用Fluent软件对HTR-PM堆底热气混合结构及设计的相应缩比模型实验台架的压力和温度分布进行了数值模拟,对热混合效果和压降特性进行了分析。在改变入口流量进行数值模拟计算的基础上,得出混合结构的混合效率和等效阻力系数随热气导管中流体Re的变化,讨论了该混合结构的流动与热混合进入自模拟区域的情况。数值模拟计算和理论分析说明,可通过缩比模型实验来确定HTR-PM堆底热气混合结构的热混合效率及阻力特性,但对于阻力特性应采用更为详细和合理的方法进行描述。

HTR-PM燃料元件生产穿衣工艺及设备研制

自主研制了穿衣工艺所用非标设备,包括穿衣系统、滚筒筛、振选台、均匀化设备、不合格颗粒回收系统等。工艺实验结果显示,穿衣颗粒成品率高且稳定,破损率满足设计要求。设备易于操作控制,完全能满足高温气冷堆示范电站燃料元件规模生产的需要。

HTR-PM中^(14)C产生与释放行为研究

14C具有较长的半衰期,可与稳定同位素一起进入生物圈,从而在核电站的环境影响评价中受到关注。本文基于HTR-PM给出了产生14C的各反应模型,并代以HTR-PM参数,对HTR-PM中14C的年产生量和气态释放量作出估算。最后,将计算结果与CANDU堆型进行了比较。

HTR-PM堆芯出口热气混合数值模拟分析

利用Fluent软件对模型实验台架的两支路工况进行了数值模拟,该实验台架用于高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)的堆芯出口混合结构的设计验证。通过利用模拟计算所得的温度、压力以及流速分布与模型实验台架所得到的实验结果进行对比分析,进一步确定了模拟计算的各种设置,包括边界条件、湍流模型以及求解算法等。利用Fluent软件并根据相应的设置,对HTR-PM的堆芯出口混合结构的两支路工况进行了计算分析。结果表明,两支路工况下,HTR-PM的堆芯出口混合结构可满足高热混合效率和低压降的要求。

HTR-PM堆芯出口热气混合结构两支路模型实验研究

作为国家科技重大专项的高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)在山东荣成正式开工建设,为验证HTR-PM堆芯出口热气混合结构是否满足混合要求,利用建立的缩比模型实验台架,进行了两支路(热气支路及冷气支路)3个系列工况的实验,实验包括:定流量变温差实验、定温差变流量实验、定温差与总流量变流量比实验。通过对实验数据进行分析,得出两支路工况下,热气混合结构的混合效率均在98%左右。通过与蒸汽发生器的入口温度要求进行对比分析,可得出在考虑不经过堆芯的漏流的两支路工况条件下,HTR-PM堆芯出口的热气混合结构能满足热混合的要求。

HTR-PM蒸汽发生器绝热层支撑结构的设计与分析

为提高HTR-PM高温气冷堆蒸汽发生器的热交换效率并分隔冷热氦气的通路,必须在蒸汽发生器中设置绝热装置。在围绕换热管放置的钢制围筒上铺设一定厚度的绝热纤维,用多块覆盖板将绝热纤维压紧,在每块覆盖板中心与四角,用中间填充绝热纤维的螺栓将覆盖板定位并紧固,组成绝热层支撑结构。使用有限元方法对绝热层支撑结构在绝热材料压力、蒸汽发生器失压、地震等多种载荷的综合作用下的应力分布情况进行计算,计算结果表明:支撑结构在多种载荷的作用下仍能保持绝热层功能的可靠性与结构的完整性。

MCNP4C在HTR-PM设备γ射线屏蔽设计中的应用及与QAD-CGA对比研究

本文基于球床模块式高温气冷堆核电站(HTR-PM)反应堆设备间γ射线辐射屏蔽设计工程实例,建立了乏燃料中间贮存系统的蒙特卡罗模型,给出了蒙特卡罗方法计算程序MCNP4C和点核积分方法计算程序QAD-CGA的计算剂量值,并通过对二者进行分析和对比,得知点核积分程序QAD-CGA的计算结果较蒙特卡罗程序MCNP4C的计算结果偏大。

HTR-PM进气事故氧化分析

对球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)而言,进气事故是高温气冷堆事故分析中重点关注的类型之一。在HTR-PM进气事故中,热气导管双端断裂(DEGB)事故尽管发生概率极低,由于其严重的事故后果仍引起了研究者的大量关注。针对HTR-PM热气导管双端断裂事故,本文利用高温气冷堆专用系统分析程序TINTE-TIIXUW,详细分析了稳定自然循环建立后堆芯及底反射层的氧化情况。结果表明,在保守假设条件下,事故后144 h,燃料最高温度不会超过设计限值,燃料包覆颗粒不会发生裸露,底反射层也不会因氧化发生失效。

HTR-PM输送转换装置抗震分析及支撑设计与校核

HTR-PM中的输送转换装置是保证燃料装卸系统能正常运行的重要部件,装置内管道热胀位移明显,需要支撑架具备一定的柔性;而装置中设备的质量及偏心距大,又要求支撑架有足够的刚度。采用数值模拟方法对正常及地震工况下的输送转换装置进行抗震分析,基于分析结果优化了装置的支撑方案,并根据理想支撑方案设计出压板约束形式的支撑架。该支撑架在防止设备倾覆的同时释放了热胀位移,解决了装置支撑存在的柔性和刚度的矛盾,保证输送转换装置及其支撑在极限地震工况下的安全性。

HTR-PM大范围变负荷的MA自适应优化算法

为应对电网负荷需求的变化,球床模块式高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)在设计上具备大范围变负荷运行以满足电网负荷的能力。由于无法获得大范围变负荷精确适用的模型,使得基于模型的操作优化面临挑战。为处理模型与对象的失配,提出HTR-PM大范围变负荷的MA (modifier adaptation)自适应优化算法。MA自适应优化算法利用过程反馈信息修正优化模型,促进优化模型与对象优化命题的一致性,进而有助于基于模型的操作优化收敛至对象的最优操作。借助信赖域框架,MA自适应优化算法可基于模型评价自适应更新模型、调整修正的优化模型的应用范围,确保在合适操作空间内求解优化模型。而且,信赖域框架还降低了算法性能对算法参数的敏感性。MA自适应优化算法在HTR-PM 双堆同步大范围变负荷中的应用验证了方法的有效性。

GASFLOW应用于HTR-PM冷却剂排放事故分析

模块式高温气冷堆(HTR-PM)在冷却剂排放事故下的舱室承压能力是反应堆安全分析的重要对象。通过对FLUENT、GASFLOW和RELAP5的计算结果进行对比分析,发现GASFLOW因其兼顾计算效率与计算结果合理性的特性,最适合反应堆舱室在冷却剂排放事故下的承压计算。