池式钠冷快堆复杂空间内流动与传热特性三维数值模拟研究综述

钠冷快堆是第四代先进核能系统的重要堆型之一。池式钠冷快堆安全裕量大,但结构较为复杂,其堆内一回路循环流动呈多尺度、复杂空间、多路径、三维流动等特点,给池式钠冷快堆计算与实验带来一定困难。近年来,计算流体力学(CFD)的快速发展为解决上述问题提供了重要技术路径,本文对池式钠冷快堆复杂空间内流动与传热特性三维数值模拟研究进行综述。对于全堆一体化整体计算,获取池式钠冷快堆典型对称/非对称工况下的三维温度场分布及关键热工参数瞬态变化,评价其余热排出能力;对于局部部件或区域精细化计算,获取局部三维流动与传热特征参数,也为全堆一体化计算提供关键输入。相关研究为池式钠冷快堆安全稳定运行及设计优化提供重要支撑。

考虑流固耦合效应的核电储液结构晃动特性与隔震特性研究

泳池式反应堆是一种核能供热堆厂房结构,其中的堆水池是关键部位。在地震发生时,堆水池内的液体会与结构发生流固耦合效应,威胁到堆水池的完整性,因此需要进行抗震分析和隔震保护。首先,以某反应堆的堆水池为研究对象,在地面地震动水平双向输入条件下,对比分析了非隔震结构和隔震结构的动力响应;其次,使用位移、加速度、主应力、晃动波高和基底剪力指标分析隔震层对储液结构抗震性能的提升程度。研究结果表明:设置隔震层对加速度、位移、应力和基底剪力都有明显降幅,隔震效果明显,起到了良好的隔震效果;而对于晃动波高来说,隔震尚不能有效控制晃动波高,反而有一定的放大作用。研究成果可为核电储液结构的隔震设计提供参考。

深水池式反应堆内部事件安全风险分析评价

深水池式反应堆系统简单,固有安全性高,可用于居民供热,实现节能减排。为提升经济性,贴近居民区建设,需通过概率安全分析(probabilistic safety assessment,PSA)定量评价其安全风险。由于其独特的安全特性,其事故进程缓慢、事故后果轻、人工干预机会充足,因此在进行PSA分析时需作出针对性考虑。本文对典型深水池式反应堆开展内部事件安全风险评价,在评价过程中对分析假设、终态划分、结果分析等方面进行了适应性调整。基于分析与评价,计算得到反应堆总的堆芯损坏频率为2.13E-09/堆年,体现了池式低温供热堆优良的安全特性。基于定量化结果还进行了最小割集分析、人工干预时间对CDF(core damage frequency)的影响分析,并根据分析结果给出风险见解与建议。

池式快堆一回路系统冷却剂自然循环行为研究

为进一步认识池式快堆事故余热导出工况下冷却剂自然循环行为,建立了可视化平板水模型模拟反应堆一回路系统主要部件来开展自然循环试验,获得了堆芯、钠池以及各热交换器出口和入口的的温度响应和流场等数据。结果表明,在自然循环建立的最初阶段,堆芯出口温度受冷池的影响会有一个上升较慢的过程。试验中直接观测到了通过中间热交换器和堆芯组件盒间空间的自然循环流动。同时,热池内冷流体和堆芯出口热流体的相互作用,形成了热池内局部的冷却剂流动以及能够深入到组件内部的冷热交混作用;在堆芯出口较高温度流体和独立热交换器出口较冷流体的影响下,热池内形成了温度分层界面在堆芯出口高度附近的热分层。

游泳池式轻水反应堆池壁池底及关键构件老化评估

核反应堆老化问题是决定反应堆安全运行的重要因素之一。中国原子能科学研究院游泳池式轻水反应堆(简称49-2堆)是一座典型的延寿运行的研究堆,也是中国目前运行时间最长的反应堆,开展老化研究对评估其继续延寿运行具有重要意义。本文主要以游泳池式轻水反应堆池底池壁(L03铝材)作为研究对象,对某些点缺陷的腐蚀情况进行分析,结果表明,49-2堆一次水水质条件引起铝合金的化学腐蚀较小,通过水下摄像机的检查,发现点缺陷无扩大和其他性质的变化,同时对池底地脚螺栓的检测,发现螺栓腐蚀程度轻微,X射线探伤表明内部无结构损伤情况,可侧面判定反应堆池壁池底的腐蚀情况较为良好,不会产生破口失水事故的发生。该结果对许可证延续申请具有重要参考价值。

基于新型泳池式研究堆BNCT中子束流装置方案设计研究

本研究基于新型泳池式研究堆设计方案,开展了硼中子俘获治疗(BNCT)能谱可变中子束流装置的初步方案设计。根据新型泳池堆堆芯结构,采用屏蔽体及准直器组合方式,对BNCT的中子慢化层、热中子吸收层、伽马屏蔽层以及中子准直器进行了分析计算及优化,在不增加中子引出束流孔道数量的前提下,实现了超热中子及热中子BNCT束流的切换,通过理论计算分析确定了两种装置的中子束流特性,超热/热中子通量密度、单位快中子剂量、单位光子剂量、热中子通量占比等参数均符合IAEA-TECDOC-1223报告的BNCT推荐参考标准,可用于不同能量需求的硼中子俘获治疗,为新型多功能泳池堆的应用及推广提供了技术支持。

基于Reactor与非阻塞IO的服务端框架设计与实现

吞吐量对服务端框架的处理效率有着重要的影响,为了进一步提升传统服务端框架的吞吐量,提出了一种基于Reactor模式与非阻塞IO的服务端框架。首先,对Reactor模式与非阻塞IO进行了优势分析,并阐述了Reactor线程池的分发逻辑;其次,通过设计自适应缓冲区结构降低了内存分配次数,提升了数据读入和写出的效率;最后,通过设计双缓冲结构优化了日志的写入操作,提升了日志写入效率。实验结果显示:在单线程测试环境下,对比libevent,该服务端框架吞吐量平均提升了9%;在多线程测试环境下,分别在100连接与1000连接时,对比Boost.Asio,该服务端框架吞吐量分别平均提升了28.66%与20.76%。这表明该服务端框架吞吐量较高,可应用于较大数据量请求的场景。

池式快堆堆本体中液体晃动效应的研究进展

堆本体是核反应堆的核心组件,也是核反应堆进行核聚变或核裂变反应的关键部位。池式快堆堆本体内部的液态金属冷却具有大自由液面特征,其内部液体出现晃动可能会对核反应堆的安全性和稳定性造成不利影响,因此开展池式快堆堆本体中液体晃动效应的研究具有重要意义。首先,阐述了液体的晃动效应,并介绍了池式快堆堆本体的结构形式;其次,从理论研究、数值模拟和振动台试验三个方面对池式快堆堆本体的液体晃动研究进行了讨论分析。研究结果表明:单一的理论方法、数值模拟或振动台试验难以准确捕捉液体晃动对堆本体结构的实际影响,结合使用这三种方法能够获得更为准确和全面的研究效果;最后,对既有研究进行了梳理与总结,以期为池式快堆堆本体的进一步抗震研究提供新的思路和启发。

池式反应器管板腐蚀原因分析及处理

针对池式反应器列管冲刷腐蚀问题,从工艺运行、设备结构进行分析,通过对池式反应器列管管板孔增加衬管并进行胀焊处理,有效避免了管板孔的冲刷腐蚀扩大化。池式反应器经处理后运行至今,系统各工艺指标参数正常。

基于XML和Reactor模式的消息中间件的设计

在复杂的分布式计算环境中,中间件已经成为分布式计算应用的关键性部件。本文设计实现了一个基于消息队列的消息中间件系统,用于集成分布式应用,提供可靠的和松耦合的通信服务。系统采用XML定义消息,统一了消息格式;采用Reactor设计模式,提高了系统的模块化和可重用性。

基于Reactor的南极科考支撑平台高性能服务器设计

南极科考支撑平台的可靠运行需要高性能的监控服务器作为保障。南极监控服务器主要由数据采集与处理模块和数据收发与处理模块两部分组成。将这些功能抽象为服务器的时间事件和网络事件,采用Reactor模式来构建事件驱动的服务器程序,实现了业务代码与底层事件处理框架的分离,通过引入线程池来处理耗时任务或阻塞操作提高服务器的性能。

BFM生物集效工艺的设计与应用

广东某污水处理项目出水标准由一级B提升至一级A。该项目占地紧缺,需原池改造,且需要在60 d之内完成施工和通水达标。鉴于此情况,最终采用纯膜移动床生物膜反应器(MBBR)与超效分离协同的BFM(BioFilm&Magnetic)工艺,高效集约,出水CODCr、BOD5、氨氮、TN、SS、TP的均值分别为(14.0±4.2)、(2.5±0.2)、(1.1±0.9)、(10.7±2.0)、(4.1±1.4)、(0.1±0.1)mg/L,稳定达到设计标准。好氧悬浮载体实现了硝化菌的有效富集,保障了氨氮的有效去除;缺氧悬浮载体实现了反硝化菌的有效富集,保障了TN的达标排放。该污水处理升级改造项目运行电费为0.167元/m^(3),直接运行费用为0.42元/m^(3),为后期该类项目的实施提供了技术借鉴。

不同地基条件对泳池式反应堆结构地震响应的影响

泳池式反应堆(简称泳池堆)是环境友好型的新型供热源,不同地基条件下反应堆厂房结构的地震响应是进行抗震设计的关键技术参考。以某堆型泳池式反应堆厂房为研究对象,基于ANSYS软件及UPFs的二次开发特点,建立考虑液晃效应的泳池堆-地基三维动力相互作用模型,其中,通过创建黏弹性边界单元来考虑散射波的能量耗散,采用Housner等效力学模型模拟动液压效应,从而开展不同地基对泳池堆厂房结构地震响应的影响分析。分析结果表明:当地基土的坚硬度、刚度逐渐减小时,泳池堆的地震响应变化明显,特别是由岩性地基逐渐变为土质地基时,结构的主应力和层间位移角逐渐增大,而加速度反应谱则逐渐减小。研究成果可为不同型号泳池堆的抗震设计提供有益的参考。

低温堆供热控制研究

核能作为清洁、高效的能源,可以取代燃煤用于冬季供暖,从而实现供暖过程中“减污降碳”的目标。针对热网提出的供热需求指标,本文基于MATLAB/Simulink仿真平台,建立了池式低温堆全厂主系统模型,并提出了可用于反应堆功率调节的供热控制方案。文中主要针对功率定值调节过程和热网事故小扰动工况反应堆响应过程作了详细分析。仿真研究结果显示,该控制方案能够根据热网对负荷的需求,调整反应堆功率,调节过程中反应堆各温度参数都在安全限值以内,并能够将用户室内温度维持在一个相对稳定的范围内。同时,该控制方案具有一定的抗事故工况负荷小扰动能力。在热网管网断裂等事故造成的负荷阶跃小扰动时,能够维持反应堆功率不变,使各回路温度在安全允许的范围内缓慢改变并重新达到稳定,且用户室内温度稍微变化后即可重新稳定。因此,该供热控制方案具有一定的设计参考价值。

49-2游泳池反应堆辐照生产^(90)Y的可行性研究

^(90)Y是一种较理想的治疗用放射性核素,其标记的放射性药物被广泛用于多种癌症的诊断和治疗。49-2游泳池反应堆(简称49-2堆)是放射性同位素生产的优良平台,为验证49-2堆辐照生产^(90)Y同位素的可行性,利用蒙特卡罗程序MCNP6(Monte Carlo N-particle 6)与SCALE6.1程序,计算在49-2堆芯内E8、H8、D10三个典型位置处辐照高纯氧化钇(Y 2O 3)靶生产放射性同位素^(90)Y的活度,并与H8位置的辐照实验结果进行对比。理论计算结果表明:E8孔道是最佳辐照位置,孔道平均中子通量密度为1.09×1014 n/(cm-2·s);E8、H8孔道可生产高比活度的^(90)Y(>10 Ci/g),所需辐照时间分别为2、6 d;辐照产生的放射性同位素^(90)Y中杂质核素含量较低(<105)。与49-2堆内H8孔道处^(90)Y辐照实验结果对比,偏差为4.02%。以上结果表明,利用49-2堆辐照高纯Y 2O 3靶可生产满足医用标准的^(90)Y同位素。

模块式小型堆乏燃料水池冷却系统设计

在福岛核电站事故后,乏燃料贮存安全的重要性得到了广泛重视,业界根据福岛核电站事故的教训,加强了相关研究。多用途模块式小型堆示范工程吸收了福岛核电站事故的经验反馈,在保证乏燃料贮存安全性的同时,兼顾提高模块式小型堆的经济性,在其乏燃料水池冷却系统设计时结合了其他堆型乏燃料水池系统的设计优点。本文从系统调研入手,通过归纳总结三代核电机组乏燃料水池冷却系统的配置特点,研究模块化小型堆的乏燃料水池冷却系统设计方案,并通过使用Flowmaster软件模拟各个工况下乏燃料水池冷却系统的流体特性,对现有的布置条件和设备选型进行校核计算,并基于计算得到的流体参数确定各工况下限流孔板的特征参数和主要工作泵的工况参数等,为设备的设计和采购提供了依据。

核电厂反应堆水池覆面焊缝的阵列涡流检测

核电厂反应堆水池普遍采用不锈钢覆面结构,在建造和运行期间均发生过泄漏现象。从覆面结构特点出发,开展了覆面焊缝的阵列涡流检测试验,主要探讨平面对接焊缝中人工刻槽和孔型缺陷的可检出性。结果验证了阵列涡流用于反应堆水池焊缝缺陷检测的可行性。通过对某电厂在役检测期间的反应堆水池焊缝进行阵列涡流检测,总结了其特点及存在的问题,可为核电厂在役期间水池查漏提供参考建议。

铅铋堆系统分析程序开发初步研究

为解决多维计算程序对铅铋堆主回路进行长时间模拟时所需计算资源庞大的问题,基于自主开发的一维CFD程序,将零维点堆动力学模型及二维燃料棒传热模型集成到其中,并进行多物理场耦合,开发了一款适用于池式铅铋堆的系统分析程序。使用OECD/NEA发布的加速器驱动次临界系统(ADS)失束事故国际基准例题,对所开发程序进行稳态以及瞬态验证,以确保模型准确性。验证结果表明,所开发程序在关键参数上与发布结果吻合较好,且所需计算资源明显小于多维程序,证明了该程序可以对池式铅铋堆进行初步的热工水力及安全分析。

西部高原某污水处理厂的MBBR改造效果分析

我国西部高原地区海拔较高、水温较低,是污水处理的一大障碍。西部某污水处理厂中原厂和扩建工程的生化处理工艺均为四级缺氧/好氧(AO)工艺,为了提高出水质量以及水资源的利用率,采用移动床生物膜反应器(MBBR)进行原池改造。改造后,即使在冬季水温低于10℃的情况下,出水CODCr、BOD5、氨氮、TN、SS和TP也能够稳定达到设计标准,证明了MBBR工艺在高原寒冷地区应用的可靠性。硝化小试研究发现,活性污泥对有机物的去除性能高于悬浮载体,而悬浮载体的硝化性能强于活性污泥,可为后续高原地区MBBR工艺的设计提供一定的参考。悬浮载体上硝化菌属(Nitrospirota、Nitrosomonas、Nitrolancea)的相对丰度高于活性污泥,是强化系统硝化性能的微生物学基础,间接证明了MBBR工艺在应对低温废水方面的优势所在。改造后,原厂和扩建工程的直接运行费用为0.471元/m^(3),且运行稳定,为后期西部寒冷地区MBBR的工艺推广提供了借鉴意义。

某淀粉厂工业废水处理工艺的探讨

以某淀粉及副产品技改扩能项目为例,通过运用厌氧生物处理工艺和好氧生物处理工艺,去除淀粉生产过程中排放废水中的污染物。结合淀粉废水的水质特征,经过系统分析,严格计算,最终决定采用ABR反应器+CASS池+BAF池三者相结合的生物处理工艺。该设计流程简单,成本较低,处理效果较好,适用于大中型淀粉厂废水的处理。