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Lead-Bismuth and Lead as Coolants for Fast Reactors 被引量:1
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作者 G. I. Toshinsky A. V. Dedul +2 位作者 O. G. Komlev A. V. Kondaurov V. V. Petrochenko 《World Journal of Nuclear Science and Technology》 2020年第2期65-75,共11页
Fast reactors used lead-bismuth eutectic (LBE) and lead as coolants possess very high level of inherent self-protection and passive safety against severe accident. So, population radiophobia can be overcome. That type... Fast reactors used lead-bismuth eutectic (LBE) and lead as coolants possess very high level of inherent self-protection and passive safety against severe accident. So, population radiophobia can be overcome. That type of reactors can be simultaneously more safely and more cheaply. As all other coolants, LBE and lead coolant (LC) possess the certain virtues and shortcomings. The presented report includes the comparative analysis of characteristic properties of those coolants, their impact on reactor safety, reliability and operating characteristics. The conclusion is made about promising usage of FRs with these coolants in future NP after the experience in operating of the prototypes of such reactors has been obtained. 展开更多
关键词 SVBR-100 fast reactor lead-BISMUTH COOLANT lead COOLANT Nuclear Power Plant Inherent SELF-PROTECTION Melting Point 210Po BISMUTH Recourses
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Experimental Studies of Heat Transfer Characteristics and Properties of the Cross-Flow Pipe Flow Melt Lead 被引量:1
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作者 Alexandr Viktorovich Beznosov Mikhail Vladimirovich Yarmonov +3 位作者 Artyom Dmitrievich Zudin Alexey Sergeevich Chernysh Olga Olegovna Novogilova Tatyana Alexsandrovna Bokova 《Open Journal of Microphysics》 2014年第4期54-65,共12页
The process of heat transfer in a HLMC cross-flow around heat-transfer tubes is not yet thoroughly studied. Therefore, it is of great interest to carry out experimental studies for determining the heat transfer charac... The process of heat transfer in a HLMC cross-flow around heat-transfer tubes is not yet thoroughly studied. Therefore, it is of great interest to carry out experimental studies for determining the heat transfer characteristics in a lead coolant cross-flow around tubes. It is also interesting to explore the velocity and temperature fields in a HLMC flow. To achieve this goal, experts of the NNSTU performed the work aimed at the experimental determination of the temperature and velocity fields in high-temperature lead coolant cross-flows around a tube bundle. The experimental studies were carried out in a specially designed high-temperature liquid-metal facility. The experimental facility is a combination of two high-temperature liquid-metal setups, i.e., FT-2 with a lead coolant and FT-1 with a lead-bismuth coolant, united by an experimental site. The experimental site is a model of the steam generator of the BREST-300 reactor facility. The heat-transfer surface is an in-line tube bank of a diameter of 17 × 3.5 mm, which is made of 10H9NSMFB ferritic-martensitic steel. The temperature of the heat-transfer surface is measured with thermocouples of a diameter of 1 mm being installed in the walls of heat-transfer tubes. The velocity and temperature fields in a high-temperature HLMC flow are measured with special sensors installed in the flow cross section between the rows of heat-transfer tubes. The characteristics of heat transfer and velocity fields in a lead coolant flow were studied in different directions of the coolant flow: The vertical (“top-down” and “bottom-up”) and the horizontal ones. The studies were conducted under the following operating conditions: The temperature of lead was t = 450°C - 5000°C, the thermodynamic activity of oxygen was a = 10-5 - 100, and the lead flow through the experimental site was Q = 3 - 6 m3/h, which corresponds to coolant velocities of V = 0.4 - 0.8 m/s. Comprehensive experimental studies of the characteristics of heat transfer in a lead coolant cross-flow around tubes have been carried out for the first time and the dependences for a controlled and regulated content of the thermodynamically active oxygen impurity and sediments of impurities have been obtained. The effect of the oxygen impurity content in the coolant and characteristics of protective oxide coatings on the temperature and velocity fields in a lead coolant flow is revealed. This is because the presence of oxygen in the coolant and oxide coatings on the surface, which restrict the liquid-metal flow, leads to a change in the characteristics of the wall-adjacent region. The obtained experimental data on the distribution of the velocity and temperature fields in a HLMC flow permit studying the heat-transfer processes and, on this basis, creating program codes for engineering calculations of HLMC flows around heat-transfer surfaces. 展开更多
关键词 HEAVY Liquid-Metal COOLANT lead lead-BISMUTH fast Neutron reactors Heat-Exchange Wall Boundary Area
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Americium Transmutation in the SVBR-100 Reactor
3
作者 A. V. Gulevich V. A. Eliseev +2 位作者 O. G. Komlev I. V. Tormyshev G. I. Toshinsky 《World Journal of Nuclear Science and Technology》 2020年第3期116-128,共13页
One of the postponed problems of nuclear power (NP) is the problem of the management of long-lived radioactive waste (RAW), and, first of all, with minor actinides (MA), of which americium-241 is the most difficult. T... One of the postponed problems of nuclear power (NP) is the problem of the management of long-lived radioactive waste (RAW), and, first of all, with minor actinides (MA), of which americium-241 is the most difficult. The aim of this work is to study the efficiency of americium transmutation in a fast reactor with a heavy liquid metal coolant lead-bismuth eutectic alloy. The article presents the results of calculations of the transmutation of americium in the SVBR-100 reactor using standard uranium oxide fuel with the addition of americium-241. The obtained values of the rate of transmutation of americium are compared with similar values for the SVBR-100 reactors on MOX-fuel and in the BN-800 reactor. 展开更多
关键词 SVBR-100 fast reactor Nuclear Power lead-Bismuth Eutectic Minor Actinides AMERICIUM Nuclear Fuel Cycle Neutron Spectrum CORE
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池式铅冷快堆SGTR事故多组分多相流动过程数值模拟研究
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作者 陈宇彤 张大林 +4 位作者 林悦 张熙司 田文喜 秋穗正 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期16-32,共17页
本研究使用欧拉坐标下的多组分多相分析程序ACENA,首先介绍了ACENA程序的基本数学物理模型,然后通过铅铋-氮气两相流动实验HESTIA-2、KYLIN-Ⅱ-S铅铋-水相互作用实验和点堆中子动力学方程解析解,对程序热工水力模块和中子动力学模块进... 本研究使用欧拉坐标下的多组分多相分析程序ACENA,首先介绍了ACENA程序的基本数学物理模型,然后通过铅铋-氮气两相流动实验HESTIA-2、KYLIN-Ⅱ-S铅铋-水相互作用实验和点堆中子动力学方程解析解,对程序热工水力模块和中子动力学模块进行了验证计算,在此基础上,针对欧洲先进铅冷示范堆ALFRED的设计方案分别开展了热态满功率稳态校核计算和假想无保护蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故瞬态模拟,重点关注了SGTR事故后铅池内多相流动过程以及包壳最高温度、燃料最高温度、堆芯相对功率以及主容器压力等参数的演变,并分析了断管数量、铅冷却剂循环路径以及所采用的机理模型等影响因素对ACENA程序计算结果的影响。本文研究结果表明,Ishii-Chawla-Suzuki相间曳力系数模型结合Ishii等提出的相间界面面积浓度输运模型能够较好地模拟圆形/环形铅铋流道中上升气泡的扩散迁移特性;通过对KYLIN-Ⅱ-S实验的模拟说明ACENA程序能够较为合理地预测熔融铅基合金-水相互作用过程中,铅池内压力波动和温度瞬变等现象;ACENA程序对ALFRED堆稳态满功率下关键热工参数的计算结果与国际认可的一维系统程序TRACE/FRED的计算结果基本一致,证明了ACENA程序全堆级计算结果的可靠性;对ALFRED堆假想SGTR事故的计算验证了ACENA程序对铅冷快堆SGTR事故下复杂多组分多相流动现象的模拟能立,且计算结果表明合理设计一次侧冷却剂循环路径、尽可能降低管道破损数量均对消减铅冷快堆SGTR事故后果具有重要意义。本工作可为我国池式铅冷快堆SGTR事故安全分析提供技术参考。 展开更多
关键词 铅冷快堆 ALFRED 蒸汽发生器传热管破裂 ACENA程序 多相流动 机理模型 安全分析
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小型铅冷快堆堆芯物理计算软件的开发与临界实验验证
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作者 陈仁宗 周琦 +4 位作者 朱庆福 夏兆东 宁通 马骁笛 孙旭 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期372-381,共10页
在铅冷快堆(LFR)型号研发中,准确高效的堆芯物理计算是堆芯核设计的基础。针对小型LFR特殊的能谱与材料环境,首先利用蒙特卡罗开源软件OpenMC实现栅元与组件的蒙特卡罗均匀化。基于有限体积法的开源软件OpenFOAM开发了中子扩散求解器DES... 在铅冷快堆(LFR)型号研发中,准确高效的堆芯物理计算是堆芯核设计的基础。针对小型LFR特殊的能谱与材料环境,首先利用蒙特卡罗开源软件OpenMC实现栅元与组件的蒙特卡罗均匀化。基于有限体积法的开源软件OpenFOAM开发了中子扩散求解器DESOF,通过Python形成完整的堆芯物理计算软件MCDESOF。利用超级均匀化方法实现了组件的等效均匀化,通过4种典型的LFR燃料组件模型对MCDESOF进行了数值验证。开展了LFR临界实验,将MCDESOF计算结果与测量结果进行对比,临界附近的反应性偏差小于100 pcm,安全棒价值偏差小于200 pcm,计算准确度达到与蒙特卡罗全堆建模计算的水平,所需的计算时间小于蒙特卡罗全堆建模计算时间的25%。 展开更多
关键词 小型铅冷快堆 堆芯物理 蒙特卡罗均匀化 超级均匀化方法 临界实验
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不同冷却剂对铅冷快堆堆芯物理参数的影响与分析
6
作者 李凯旋 张子雄 +3 位作者 魏强林 刘义保 张勤拓 赵石 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第28期12152-12158,共7页
随着中国能源结构深化改革的推进,积极发展核能已成为主要趋势。第四代核能系统代表着核电发展的趋势和技术前沿,因此铅冷快中子反应堆的研究在国际上备受关注。基于麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology,MIT)开发的反... 随着中国能源结构深化改革的推进,积极发展核能已成为主要趋势。第四代核能系统代表着核电发展的趋势和技术前沿,因此铅冷快中子反应堆的研究在国际上备受关注。基于麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology,MIT)开发的反应堆蒙特卡洛中子输运方程开源软件OpenMC,以铅冷快中子欧洲示范堆(advanced lead fast reactor European demonstrator,ALFRED)为研究对象,选取两种不同的堆芯冷却剂开展铅冷快堆堆芯物理计算。结果表明:在装载相同燃料的情况下,采用铅-铋冷却剂可以提高堆芯的初始反应性271×10-5;堆芯在正常商运状态下具有更高的堆芯有效缓发中子份额;堆芯的中子能谱更宽、更硬;对于燃料中的239 Pu核素,燃烧效果更好。因此,ALFRED堆芯采用铅-铋合金冷却剂时,具有更高的有效增殖因子,有望提高堆芯的控制性和燃耗性能,并有效减少放射性废物的产生。研究成果为铅冷快中子反应堆欧洲示范堆堆芯设计和性能优化提供了有益的参考。 展开更多
关键词 铅冷快中子欧洲示范堆(ALFRED) 冷却剂 有效增殖因子 燃耗计算
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基于MBSE的铅冷快堆非能动余热排出系统设计需求分析
7
作者 唐锚 赵鹏程 +1 位作者 李文杰 王凯 《核技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期137-146,共10页
针对传统的铅冷快堆非能动余热排出系统设计中存在开发效率低、迭代周期长、模型二义性等前期需求问题,本研究将基于模型的系统工程(Model-based System Engineering,MBSE)方法应用于铅冷快堆非能动余热排出系统设计需求中,结合设计流... 针对传统的铅冷快堆非能动余热排出系统设计中存在开发效率低、迭代周期长、模型二义性等前期需求问题,本研究将基于模型的系统工程(Model-based System Engineering,MBSE)方法应用于铅冷快堆非能动余热排出系统设计需求中,结合设计流程进行系统架构的初步设计,该系统架构由需求分析、功能分析和设计综合三部分组成。结果表明:需求分析阶段生成的需求图和用例图可捕获系统需求并确定系统顶层用例;功能分析阶段绘制的时序图、活动图和状态机图可形成系统功能模型并提供早期确认与验证;设计综合阶段建立的白盒模型最终实现系统架构的分析与设计。采用该方法设计的系统架构可确保前后设计需求一致性,进一步降低设计风险并提高设计效率,可为数字化铅冷快堆非能动余热排出系统设计与优化提供应用参考。 展开更多
关键词 基于模型的系统工程 铅冷快堆 非能动余热排出系统 设计需求 架构设计
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基于PCA-SVM的小型自然循环铅冷快堆传感器故障诊断方法研究
8
作者 马永健 冯云 +1 位作者 孙培伟 魏新宇 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期464-471,共8页
离岸式小型自然循环铅冷快堆运行在恶劣环境下,且通常少人值守,在这种情况下,传感器故障可能对系统的安全性产生严重影响。为及时检测和诊断传感器故障,提出了一种结合主成分分析(PCA)和支持向量机(SVM)的方法。所提方法基于数据驱动,... 离岸式小型自然循环铅冷快堆运行在恶劣环境下,且通常少人值守,在这种情况下,传感器故障可能对系统的安全性产生严重影响。为及时检测和诊断传感器故障,提出了一种结合主成分分析(PCA)和支持向量机(SVM)的方法。所提方法基于数据驱动,不需要系统的详细数学模型或特定状态的先验知识。采用PCA方法,能够有效降低数据维度。使用MATLAB/Simulink中构建的小型铅冷快堆动态模型,产生传感器数据,以训练和建立故障诊断模型,并进行了性能测试,验证了所提出的故障诊断方法的准确性和有效性。 展开更多
关键词 铅冷快堆 传感器故障 故障诊断 主成分分析 支持向量机
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气泡在液态铅铋金属中的运动特性及曳力系数模型研究
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作者 罗皓天 刘莉 +4 位作者 袁俊杰 包睿祺 田晓艳 李达 顾汉洋 《核技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期129-140,共12页
当铅铋快堆发生蒸汽发生器传热管破裂(Steam Generator Tube Rupture,SGTR)事故后,一回路高温液态铅铋合金(Lead-Bismuth Eutectic,LBE)与二回路高压过冷水相互作用产生大量蒸汽,这些气泡在LBE的携带作用下可能进入堆芯,引起局部传热恶... 当铅铋快堆发生蒸汽发生器传热管破裂(Steam Generator Tube Rupture,SGTR)事故后,一回路高温液态铅铋合金(Lead-Bismuth Eutectic,LBE)与二回路高压过冷水相互作用产生大量蒸汽,这些气泡在LBE的携带作用下可能进入堆芯,引起局部传热恶化和功率瞬变,严重影响反应堆的安全运行。掌握气泡在液态LBE中的运动特性及其动力学行为,开发适用于LBE中气泡迁移的曳力系数模型,是开展SGTR事故堆芯安全评估的基础。基于CLSVOF(Coupled Level-Set and Volume-Of-Fluid)方法建立了气泡在高温液态LBE中迁移运动的三维数值模型,通过分析气泡的运动轨迹、速度和粒径的变化规律,结合气泡受力平衡方程,获得了气泡曳力系数的模拟值。在此基础上,对比分析了现有曳力模型对LBE中气泡迁移的适用性,优选了最佳曳力系数模型并进行了进一步优化,优化后的模型对于液态LBE中气泡曳力系数的计算误差在15%之内。研究结果可为后续SGTR事故安全分析程序的开发提供理论支持。 展开更多
关键词 铅铋快堆 SGTR事故 气泡-液态金属两相流 气泡动力学 曳力系数
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基于氧化腐蚀行为的铅铋堆燃料组件多物理耦合特性研究
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作者 季旭 柴翔 +1 位作者 张乐福 刘晓晶 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2139-2152,共14页
氧是铅铋堆中最具应用潜力的非金属缓蚀剂,在冷却剂中添加一定浓度的氧,可在结构材料表面生成保护性氧化膜,可以极大程度上缓解液态铅铋对结构材料的腐蚀。在铅铋堆中,氧化层的生长-去除行为受温度、氧浓度、冷却剂流速、时间等多种因... 氧是铅铋堆中最具应用潜力的非金属缓蚀剂,在冷却剂中添加一定浓度的氧,可在结构材料表面生成保护性氧化膜,可以极大程度上缓解液态铅铋对结构材料的腐蚀。在铅铋堆中,氧化层的生长-去除行为受温度、氧浓度、冷却剂流速、时间等多种因素影响,同时氧化层的生长也改变了堆芯的热工水力特性和中子物理参数,因此,研究铅铋堆的氧化腐蚀场、热工水力场和中子物理场的耦合作用对铅铋堆应用有重要意义。本文基于MOOSE(面向对象的多物理场仿真环境)平台搭建了核-热-材多物理场耦合框架,开展了铅铋堆在基准工况下的核-热-材耦合分析,并研究了氧浓度和冷却剂入口温度对关键耦合参数时序变化规律和氧化层分布的影响。结果表明,基准工况下氧化腐蚀10 000 h后,燃料组件包壳表面的氧化层平均厚度约为9.86μm,燃料最大温升为13.36 K,k_(eff)下降7 pcm;氧浓度升高可以极有效地抑制磁铁矿溶解,但达到一定浓度后氧浓度的升高对Fe-Cr尖晶石的生长促进作用较小;冷却剂入口温度的升高会导致组件中心处包壳壁面的磁铁矿去除速率增大,并且可以大幅促进Fe-Cr尖晶石的生长。 展开更多
关键词 核-热-材耦合 氧化腐蚀 铅铋堆 燃料组件 面向对象的多物理场仿真环境
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铅铋快堆堆芯包壳多场耦合腐蚀行为的数值模拟研究
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作者 贾政 刘莉 +3 位作者 包睿祺 罗皓天 袁俊杰 顾汉洋 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2113-2123,共11页
铅铋快堆中液态铅铋(LBE)腐蚀结构材料是制约铅铋快堆发展的关键难题之一,液态铅铋流动过程中对结构材料的侵蚀作用不可忽视。为开展高温液态铅铋环境下堆芯燃料包壳动态腐蚀特性研究,本文针对包壳管候选材料T91钢建立氧化、还原、侵蚀... 铅铋快堆中液态铅铋(LBE)腐蚀结构材料是制约铅铋快堆发展的关键难题之一,液态铅铋流动过程中对结构材料的侵蚀作用不可忽视。为开展高温液态铅铋环境下堆芯燃料包壳动态腐蚀特性研究,本文针对包壳管候选材料T91钢建立氧化、还原、侵蚀耦合腐蚀模型,结合计算流体力学(CFD)方法,对燃料包壳表面腐蚀现象进行模拟研究,并对影响腐蚀的关键因素进行分析。研究结果表明:一定铅铋流速下,燃料组件内沿液态铅铋流动方向,包壳表面温度越高,尖晶石层平衡厚度越厚,包壳厚度损失速率越高,运行800 h后,燃料组件仅剩出口处残留磁铁矿层;随着燃料组件入口液态铅铋流速的增加,包壳厚度损失速率越高;当入口流速为2 m/s,氧化层稳定情况下,中心棒的包壳厚度损失速率为0.044 98 mm/a;当燃料组件包壳表面氧浓度大于发生氧化反应的最低值时,包壳厚度损失速率随包壳表面温度升高而增加;当包壳表面氧浓度小于发生氧化反应的最低值时,包壳会直接被液态铅铋溶解,溶解速率高达上千mm/a。 展开更多
关键词 铅铋快堆 氧化 侵蚀 计算流体力学
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MAX相材料的耐铅铋腐蚀性能研究进展
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作者 杨璇冰 张晓新 燕青芝 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期397-404,共8页
铅冷快堆(LFR)以具有良好的热物理特性和化学稳定性的液态铅或铅铋合金(LBE)作为冷却剂,但是高温下LBE与结构材料长期接触带来的腐蚀问题会导致材料失效并带来安全隐患。MAX相材料因其优异的力学性能、高温耐腐蚀性能和抗辐照性能,成为... 铅冷快堆(LFR)以具有良好的热物理特性和化学稳定性的液态铅或铅铋合金(LBE)作为冷却剂,但是高温下LBE与结构材料长期接触带来的腐蚀问题会导致材料失效并带来安全隐患。MAX相材料因其优异的力学性能、高温耐腐蚀性能和抗辐照性能,成为铅冷快堆的重要结构材料之一。Ti-Si-C、Ti-Al-C和Zr-Al-C是目前被用于进行LBE腐蚀研究的三种常见MAX相材料体系。近年来,有越来越多的研究者们在不同腐蚀条件下的LBE中开展了腐蚀实验,但是对于MAX相材料的LBE腐蚀机理的分析仍不够系统和深入,也少有提高耐腐蚀性能的改性方法被提出。本文在简要介绍MAX相材料的结构、化学组成和制备方法之后,归纳综述了MAX相材料在高温液态LBE中的腐蚀行为及腐蚀机理的研究进展,提到了温度、氧浓度、时间和流速等不同因素对腐蚀层结构的影响。最后,探讨将用于提升MAX相材料在其他高温介质中耐腐蚀性能的改性方法,引入到针对耐LBE腐蚀性能研究的可能性。 展开更多
关键词 MAX相材料 LBE腐蚀 腐蚀机理 铅冷快堆 结构材料
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铅冷微堆SMILE典型无保护瞬态热工安全分析 被引量:1
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作者 柳春源 肖骏 +2 位作者 陈笑松 孙培栋 邢勉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期814-824,共11页
核能系统小型化是核能未来发展的重要方向,其中小型铅冷快堆是技术路线之一。在小型铅冷快堆研发过程中,瞬态工况下热工水力安全特性是重要的研究内容之一,这不仅是对反应堆安全特性的重要验证,也对反应堆系统的后续设计完善具有重要参... 核能系统小型化是核能未来发展的重要方向,其中小型铅冷快堆是技术路线之一。在小型铅冷快堆研发过程中,瞬态工况下热工水力安全特性是重要的研究内容之一,这不仅是对反应堆安全特性的重要验证,也对反应堆系统的后续设计完善具有重要参考价值。兆瓦级铅冷快堆SMILE是国家电投集团科学技术研究院有限公司提出的高安全、紧凑型铅冷快堆方案。为研究SMILE的安全特性,使用系统分析程序ATHLET对其进行典型无保护瞬态热工水力性能分析。结果表明,SMILE在应对典型无保护瞬态事故时具备良好的固有安全特性。 展开更多
关键词 铅冷微堆 系统分析程序 瞬态热工安全分析
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不同温度LBE对主容器振动特性的影响分析
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作者 刘东祥 鲁丽 《四川轻化工大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第3期27-33,共7页
采用流固耦合的方法,利用ANSYS软件对铅基快堆主容器在空气中和不同温度铅铋共晶(Lead-BismuthEutectic,LBE)介质中的振动特性进行了研究。主容器采用实体建模,铅铋共晶介质流体采用FLUID30单元进行模拟,考虑铅铋共晶介质附加质量对主... 采用流固耦合的方法,利用ANSYS软件对铅基快堆主容器在空气中和不同温度铅铋共晶(Lead-BismuthEutectic,LBE)介质中的振动特性进行了研究。主容器采用实体建模,铅铋共晶介质流体采用FLUID30单元进行模拟,考虑铅铋共晶介质附加质量对主容器振动特性的影响。计算结果表明,主容器在空气中的两种模型前六阶模态均为一阶梁式振型以及低阶壳式振型。由于两种模型约束条件的差异,振型出现的顺序有所不同。铅铋共晶环境中的前六阶振型与空气中相比,没有出现更高阶的振型,但由于附加质量的影响,其各阶频率计算值大幅下降,下降幅度在80%左右,同时伴随着振型互换的现象出现;随着温度的升高,主容器的各阶振型频率均呈现降低的趋势,当温度从150℃上升至390℃时,频率降低大约27.3%。 展开更多
关键词 流固耦合 铅铋共晶 主容器 铅基快堆 有限元
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P91钢在高流速液态铅铋介质中的冲蚀行为
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作者 李季声 王彦斐 王显宗 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期1812-1825,共14页
基于第四代核能系统的发展和需求,铅冷快中子反应堆(Lead-cooled fast reactor,LFR)是下一步优先发展的6种主要堆型之一.铅冷快堆以液态纯铅(Lead)或铅铋共晶合金(Lead-bismuth eutectic,LBE)作为冷却剂,然而在高温、高流速条件下,LBE... 基于第四代核能系统的发展和需求,铅冷快中子反应堆(Lead-cooled fast reactor,LFR)是下一步优先发展的6种主要堆型之一.铅冷快堆以液态纯铅(Lead)或铅铋共晶合金(Lead-bismuth eutectic,LBE)作为冷却剂,然而在高温、高流速条件下,LBE与结构材料的冲刷腐蚀磨损严重限制了其工程应用.本文以P91钢为研究对象,在相对流速为5 m·s^(−1),温度分别为350℃和450℃,不进行控氧处理的LBE中进行了3000 h的动态测试.研究发现,350℃时P91钢表面生成的氧化层为多层结构:从外到内分别为疏松的Fe_(3)O_(4)层、Fe–Cr尖晶石层、内氧化区(Internal oxidation zone,IOZ),合金表面氧化层经历了“生成—剥落—再生成”的动态平衡过程.当介质温度为450℃时,试样表面氧化腐蚀现象更加严重,但是不同冲击迎角区域的试样表面腐蚀特征有较大差异.试样表面损伤的严重程度排序为:30°>90°>−90°.30°迎角区域氧化层完全剥落,且LBE渗透入基体;90°迎角区域部分氧化层剥落,内部基体未受到LBE侵蚀;−90°迎角区域氧化层结构保持完整.本文分析了P91钢在高流速(5 m·s^(−1))LBE中的冲蚀行为,阐明了合金氧化层的生成和剥落机制,可以为我国第四代核反应堆LFR结构或包壳材料研发及其在LBE中腐蚀机制研究提供一定实验数据与参考. 展开更多
关键词 铅冷快中子反应堆 铅铋共晶合金 P91钢 氧化 冲蚀 迎角
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液态金属快堆负荷跟踪能力研究
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作者 王晓婷 朱建敏 张薇 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期302-308,共7页
液态金属快堆的负荷跟踪控制模式尚处于理论研究阶段,液态金属快堆的物理热工特性相比压水堆有较大差异,对反应堆的运行和反应性的控制带来较大挑战。为实现其负荷跟踪能力,需设计合理可行的液态金属快堆反应堆控制策略和相应的控制系... 液态金属快堆的负荷跟踪控制模式尚处于理论研究阶段,液态金属快堆的物理热工特性相比压水堆有较大差异,对反应堆的运行和反应性的控制带来较大挑战。为实现其负荷跟踪能力,需设计合理可行的液态金属快堆反应堆控制策略和相应的控制系统。本文以液态金属快堆为研究对象,建立了系统程序模型,并在此基础上搭建反应堆控制系统模型。结合液态金属快堆实现负荷跟踪能力的运行要求和液态金属冷却剂的物性特点,提出了液态金属快堆的控制系统策略。对正常运行瞬态和大幅度负荷快速变化瞬态进行计算模拟以验证反应堆控制策略。结果表明,典型的运行工况下,控制系统方案具备良好控制性能,液态金属快堆具备负荷跟踪能力和较高的运行灵活性。负荷跟踪能力的研究为后续液态金属快堆的灵活运行奠定基础,有助于拓展液态金属快堆的应用场景,提高运行经济性。 展开更多
关键词 反应堆控制系统 液态金属快堆 负荷跟踪
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铅-超临界二氧化碳换热器耦合流动传热特性研究
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作者 李良星 雷振欣 +3 位作者 赵浩翔 石尚 许向阳 向祖涛 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期212-221,共10页
为探究螺旋盘管式主换热器内的耦合流动传热机理,基于等长度分段模型,构建了以液态铅和超临界二氧化碳为工质的螺旋盘管式主换热器原型及模化比例样件的理论设计方法,并利用相似性原理完成了主换热器小比例样件设计。以主换热器小比例... 为探究螺旋盘管式主换热器内的耦合流动传热机理,基于等长度分段模型,构建了以液态铅和超临界二氧化碳为工质的螺旋盘管式主换热器原型及模化比例样件的理论设计方法,并利用相似性原理完成了主换热器小比例样件设计。以主换热器小比例样件为研究对象,通过SST k-ω湍流模型数值分析了液态铅和超临界二氧化碳在螺旋盘管换热器内的流动传热特性。计算结果表明:螺旋盘管换热器内耦合流动传热性能主要受壳侧质量流量、管侧质量流量和壳侧工质入口温度影响;管侧超临界二氧化碳质量流量对螺旋盘管换热器内耦合流动传热性能的影响最为显著,在超临界二氧化碳质量流量增加52.4%的条件下,螺旋管的平均表面换热系数增大了21.2%;在壳侧液态铅的质量流量和入口温度分别增大94.6%、20 K的情况下,螺旋管内的表面传热系数分别增大了5.5%、3.3%。该研究可为螺旋盘管式换热器的工况选择和高效设计提供理论指导。 展开更多
关键词 铅冷快堆 螺旋盘管换热器 模化比例样件 耦合流动传热
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铅冷快堆主换热器内冷却剂流动换热特性研究
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作者 李良星 向祖涛 +2 位作者 赵佳元 许向阳 石尚 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期853-863,共11页
铅冷快堆由于其优秀的热工水力性能和安全性能,在商业发电和动力装置应用上具有良好的应用前景。以液态铅铋合金(LBE)和超临界二氧化碳(SCO_(2))为工质的主换热器作为连接铅冷快堆一、二回路的关键设备,其热工及安全性能对反应堆的运行... 铅冷快堆由于其优秀的热工水力性能和安全性能,在商业发电和动力装置应用上具有良好的应用前景。以液态铅铋合金(LBE)和超临界二氧化碳(SCO_(2))为工质的主换热器作为连接铅冷快堆一、二回路的关键设备,其热工及安全性能对反应堆的运行效率及运行安全有重要影响。为了研究铅冷快堆主换热器内流动换热优化方案,针对铅冷快堆主换热器编写了设计和校核计算程序,借助等换热功率分段模型获得了设计工况下主换热器的关键热工水力参数;基于相似原理构建了缩比模型,对使用外置式导流筒时换热器内的流动情况进行了数值模拟;对比分析了换热器分别使用直管和螺旋扁管时流体的流场、温度场分布。研究结果表明,增设外置式导流筒减小了LBE在换热器壳侧流动的最大流速,改善了流场;螺旋扁管相较于直管换热器增大了总换热功率约1.68倍,管侧和壳侧的温度和速度分布更加均匀,改善了换热器的整体换热性能。 展开更多
关键词 铅冷快堆 主换热器 数值模拟 螺旋扁管 外置式导流筒
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铅基反应堆研究现状与发展前景 被引量:38
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作者 吴宜灿 王明煌 +11 位作者 黄群英 赵柱民 胡丽琴 宋勇 蒋洁琼 李春京 龙鹏程 柏云清 刘超 周涛 金鸣 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2015年第2期213-221,共9页
以铅或铅合金(统称铅基材料)为冷却剂的反应堆具有良好的中子学、热工水力学和安全特性,已成为第四代先进核能系统、加速器驱动次临界核能系统(ADS)以及聚变堆的主要候选堆型之一。本文简要介绍了先进核能系统发展趋势和铅基反应堆在核... 以铅或铅合金(统称铅基材料)为冷却剂的反应堆具有良好的中子学、热工水力学和安全特性,已成为第四代先进核能系统、加速器驱动次临界核能系统(ADS)以及聚变堆的主要候选堆型之一。本文简要介绍了先进核能系统发展趋势和铅基反应堆在核能发展中的地位,重点对铅基反应堆的发展历史与现状、铅基反应堆的基本特性以及铅基反应堆未来的发展前景进行了总结。 展开更多
关键词 铅基反应堆 铅冷快中子反应堆 铅锂包层 铅铋合金
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超长寿命小型自然循环铅铋快堆堆芯概念设计研究 被引量:9
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作者 刘紫静 赵鹏程 +4 位作者 张斌 于涛 谢金森 陈珍平 孙宇蒙 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期1254-1265,共12页
以提高铅铋快堆的经济性与固有安全性为目标,开展100 MWt超长寿命小型自然循环铅铋快堆SPALLER-100概念设计,在选用PuN-ThN燃料和208Pb-Bi冷却剂的基础上,提出了一种添加固体慢化剂BeO的燃料组件设计方案,开展了堆芯布置研究和控制棒系... 以提高铅铋快堆的经济性与固有安全性为目标,开展100 MWt超长寿命小型自然循环铅铋快堆SPALLER-100概念设计,在选用PuN-ThN燃料和208Pb-Bi冷却剂的基础上,提出了一种添加固体慢化剂BeO的燃料组件设计方案,开展了堆芯布置研究和控制棒系统设计,分析了堆芯物理特性与稳态自然循环特性。结果表明:在低燃料装载量和小堆芯体积条件下,SPALLER-100堆芯换料周期达32 a,平均卸料燃耗高达210.38 MW·d/kg(HM),整个寿期内的反应性系数均为负值。稳态运行工况下燃料包壳、芯块最大温度均小于安全限值,反应堆具备一回路自然循环能力和一定流量自动分配能力。 展开更多
关键词 铅铋快堆 超长寿命 物理特性 自然循环
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