一种基于MOX燃料的SPWR堆芯物理设计方案

长寿期小型压水堆设计,不仅要求具备较好的反应性补偿能力,同时应具有高燃耗深度。通过提高富集度和堆芯燃料转化,本文提出了一种长寿期小型压水堆堆芯设计方案,完成了概念设计并使用MCNP和ORIGEN程序对重要物理参数进行了计算分析。结果表明,基于MOX燃料的长寿期堆芯方案,具有较好的反应性控制能力,较高的燃耗深度和更长的燃耗寿期。

小型核动力非能动安全壳抑压与安注集成特性分析

非能动抑压冷却因其响应快、固有可靠性高、易实现集成简化、功构融合的特点,十分适宜核动力小型安全壳在事故下的早期控压需求。在此基础上,进一步采用水源集成共用思想,将安全壳抑压水源与安注水源集成,能够大幅缩减水源配置,助力压水堆核动力小型化、轻量化设计。利用反应堆冷却剂系统-安全壳耦合分析方法对安全壳抑压与安注集成后的失水事故特性进行了分析研究。结果表明,安全壳抑压与安注集成后系统间的耦合效应显著,降低抑压容量虽然会削弱安全壳抑压能力,但有助堆芯冷却。本研究通过对安全壳抑压与安注集成方案下的系统耦合效应量化分析为集成方案的详细设计建立了基础。

小型压水堆功率多模型内模鲁棒控制研究

小型压水堆的运行工况灵活多变,运行环境往往比较复杂,开展其堆芯功率的鲁棒控制研究具有重要意义。文中以小型压水堆堆芯为研究对象,建立适用于全工况的堆芯多模型系统,设计了适用于全工况的堆芯功率多模型内模鲁棒控制器。仿真研究表明,所设计的基于多模型和内模控制的堆芯功率鲁棒控制器,在反应堆运行的全工况内具有良好的控制性能和鲁棒性。

小型压水堆完全丧失电源引发的严重事故研究

以压水堆严重事故最佳估算程序RELAP/SCDAPSIM/MOD3.4为核心软件,以假想的小型压水堆为研究对象,建立了1个径向3通道、轴向10节块的核反应堆严重事故计算模型,研究了完全丧失电源初因事件引发的严重事故过程,并对事故停堆后蒸汽发生器给水持续300s的缓解措施进行了分析。计算结果表明:蒸汽发生器辅助给水对于延迟事故进程,缓解事故后果具有重要作用。

CARR辐照压水堆小组件热工水力分析

分析压水堆4×4小组件在CARR高温高压回路中进行辐照考验时的热工水力问题。利用计算流体动力学(CFD)软件对其进行三维数值模拟,以获得详细的热工水力参数。首先,模拟简化的燃料棒束模型,得出三维温度与速度分布,并分析了传热过程。然后,模拟全尺寸小组件,与棒束模型所得的结果进行对比分析,着重研究其流动,并分析了格架的搅混特性,得出可应用于一维热工水力程序的搅混因子。结果表明,燃料棒最高温度可满足安全性要求,且格架的搅混作用明显。

大功率非能动压水堆严重事故工况堆芯熔毁进程研究

应用MELCOR 2.1程序,建立了大功率非能动反应堆主要回路、非能动安全系统及安全壳的热工水力模型,并以热段小破口叠加ADS 1阀门失效和内置换料水箱失效触发严重事故为研究对象,对事故进程进行模拟,对堆芯熔毁进程进行了分析。分析结果表明:1)锆合金和不锈钢氧化释热功率在蒸汽充足的情况下高于燃料的衰变功率,将加速堆芯的恶化;2)约13.1%的不锈钢和27.1%的锆合金被氧化,共产生550.99kg氢气;3)堆芯构件的熔化主要依赖于材料自身的熔点和有无构件支撑,堆芯支撑板能够延缓熔融物跌落进入下封头的进程;4)熔池形成后若外部冷却的不足将很快导致下封头应力失效。

模块式小型压水堆ATWS典型初因事件研究

未能紧急停堆的预期瞬态(ATWS)典型初因事件的选取在大型压水堆核电厂已形成一套完整的方法。由于模块式小型压水堆的结构和设计特点与大型压水堆核电厂差异较大,其ATWS典型事故选取也有所差异,需结合模块式小型压水堆的特点对其ATWS的典型初因事件进行筛选研究。本文从压水堆标准规范出发,结合核电厂ATWS事故的一般要求,采用RELAP5/MOD3.2程序为分析工具,对模块式小型压水堆Ⅱ类瞬态进行了典型ATWS事故的分析,限制准则为,维持反应堆冷却剂系统压力边界的完整性。结果表明,模块式小型压水堆后果最为严重的ATWS初因事件为失电和控制棒失控抽出两个事故,从而最终确定了此类堆ATWS的典型初因事件,为安全分析报告的编制提供了支持。

小型一体化压水堆主设备设计比较研究

归纳了世界主要一体化压水堆的主设备设计特征,对各种堆型的整体结构以及蒸汽发生器、主泵布置、控制棒驱动机构、稳压器等主设备的设计特征进行了阐述。通过比较分析各种方案的技术差异及潜在问题,为新型一体化压水堆主设备的研发设计提供指导。

国内外部分小型压水堆安全特性比较分析

随着核电行业的发展,尤其是福岛事故之后,小型反应堆因具有放射性源项小、结构简化与大型压水堆相比有独特优势的特点,引起了人们的关注。美国、日本、俄罗斯和韩国等相继开发了小型堆技术,我国也相继开发了低温供热堆和高温气冷堆等小型堆技术。目前小型压水堆是各国优先开发的目标。针对世界上众多的小型压水堆技术,我国选取了m Power、Nu Scale、ACP100和NHR-I 4种反应堆技术为代表进行总结并对比其设计特点和设计参数,尤其对四种堆型的安全特性进行比较分析,为后续的堆型发展提供思路。

TRACE程序在国产先进压水堆核电厂小破口失水事故计算中的应用

本文利用反应堆热工水力软件TRACE对三回路国产先进压水堆发生小破口失水事故进行模拟计算,得到事故过程中反应堆系统压力、水位、破口流量的变化和安注系统的投入情况,将计算结果与CATHARE程序的计算结果进行对比、分析和讨论,两程序计算结果在趋势上较符合,验证了TRACE程序在计算小破口事故的准确性。

小型压水堆核电厂钢制安全壳冷却系统方案计算分析

针对某小型压水堆核电厂提出了两种钢制安全壳冷却系统方案。采用MELCOR系统程序计算该系统的换热能力,研究其运行特性,并对影响系统换热钢壳面积影响进行分析。结果表明:该系统能够在事故发生后有效降低安全壳空间温度压力。安全壳吸热对于早期抑制压力峰值有重要作用;而对于长期排热,与水箱和外界环境的对流换热才是主要贡献。对全钢壳方案,早期通过水箱的换热功率要高于通过大气的换热。但一定时间后将低于与环境换热的功率。对于部分混凝土壳方案,混凝土壳部分较大的热容有利于早期降温降压;但壳内热量较晚才能传递到壳外,并在通风流道内建立循环流动。计算结果为工程设计提供了参考。

小型压水堆抑压特性试验与数值模拟研究

为了研究小型压水堆抑压系统的抑压效果,建立了小型安全壳抑压特性试验装置,开展了定流量和变流量混合气体排放实验,以研究气-水容积比和不可凝气体对抑压效果的影响。实验结果表明,气-水容积比在2~4.55范围内,随着气-水容积比的增大,抑压效果逐渐增强;混合气体中不可凝气体含量对抑压效果影响显著。对实验进行了数值模拟,模拟结果可以反映抑压试验的现象规律,但仍需进一步优化抑压冷凝相关模型以提高模拟精度。

安注箱对小型模块化压水堆LOCA的影响研究

基于小型模块化压水堆失水事故(LOCA)的现象和特征,分析燃料包壳峰值温度(PCT)出现的机理,并研究安注箱(ACC)设置对PCT和事故长期降压的影响。结果表明:在一定范围中等破口尺寸LOCA下,ACC注水可能导致堆芯更不利的后果,小型堆可合理考虑ACC的作用进行系统设计。

确定论与概率论相结合的小型模块化压水堆应急堆芯冷却系统配置研究

基于小型模块化压水堆设计特点,分别采用确定论方法和概率论方法分析了事故工况下的应急堆芯冷却系统配置策略。初步分析表明:确定论方法和概率论方法对于安注箱(ACC)的配置需求存在明显差异;在确保安全目标实现的前提下尽可能简化应急堆芯冷却系统设计,建议可取消安全级的ACC,在非能动堆芯补水箱(CMT)失效后利用其他已有注水水源来平衡设计,如能动余热排出系统增设换料水箱安注功能。

小破口失水事故非能动系统瞬态特性研究

为了解先进压水堆小破口失水事故下非能动安全壳冷却系统、非能动堆芯冷却系统、非能动余热排出系统的瞬态响应特性,需开展小破口失水事故下反应堆冷却剂系统和安全壳的耦合响应特性研究。分析结果表明,小破口失水事故下,耦合分析中非能动余热排出系统、非能动堆芯冷却系统、自动卸压系统和非能动安全壳冷却系统的特性与独立计算有较大差异,小破口失水事故下耦合分析得到的安全壳压力峰值小于独立计算。

小型压水堆安全壳抑压传热研究

小型压水堆(PWR)采用抑压水箱和浸没式钢制安全壳的设计,冷却剂失水事故(LOCA)后短期内利用抑压水箱抑制安全壳压力上升,长期利用钢安全壳与外部水池的传热带出热量。其抑压和传热特性与传统干式安全壳存在本质区别。本文分别对抑压水箱的抑压特性和钢制安全壳壁换热特性进行了对比研究,并针对PWR安全壳抑压水箱容量和安全壳换热面积进行了需求分析。分析结果表明,抑压水箱能有效地抑制安全壳短期升压,钢安全壳换热面积增大到350 m2时,即可满足长期供热要求。

基于NECP-X程序的三维复杂几何小型压水堆全堆芯一步法计算

鉴于数值反应堆物理计算程序NECP-X采用传统的自定义几何处理方法难以处理复杂堆型、六角形排布等堆芯,而构造实体几何(CSG)方法具有处理复杂几何、内存小、通用且易于拓展等优势。本文将CSG应用于NECP-X,拓展了NECP-X的几何建模能力,并应用于其共振、输运计算中。该方法通过曲面的布尔运算实现几何实体的建模;通过给定有限个参数实现自动网格划分功能;并在此基础上计算特征线信息。数值结果表明,对于各种不同的堆芯几何均可以通过CSG实现精细描述和一步法物理计算;计算结果与蒙特卡洛程序结果相比精度较高。

基于主元分析的小型压水堆故障检测和辨识方法研究

故障检测和辨识对于小型压水堆的安全经济运行具有重要意义。反应堆中通常采用基于信号和专家知识经验的故障检测和辨识方法,操纵员往往不能从海量的故障数据信息中及时准确甄别故障类型,追溯故障原因。本文提出了采用主元分析进行小型压水堆故障检测和辨识的方法。首先利用RELAP5程序对小型压水堆建模,获得典型故障的样本数据。其次,基于主元分析理论对样本降维,并计算T^(2)和Q两个统计量,通过判断是否超出阈值来检测反应堆运行状态。然后,利用贡献率图方法分析了过程变量对于统计量的贡献率,从而确定了对故障特征变化起主要作用的变量,实现对不同故障的辨识。最终和实际物理过程分析结果进行对比,验证了该方法的有效性。

小型压水堆下腔室交混特性实验研究

为研究小型压水堆下腔室的交混特性,本文基于比例模化方法,开展小型压水堆1∶3比例模型水力学实验,通过测量溶液浓度变化,获得在冷管流量均衡和非均衡工况下堆芯入口的交混因子矩阵。研究结果表明,均衡流量工况下,冷管流量的变化对堆芯入口交混因子矩阵未产生明显影响;非均衡流量工况下,靠近出口管的燃料组件交混因子受流量不均衡的影响较大,而中心区域的交混因子变化幅度较小。由此可见,小型压水堆在均衡流量下具有较稳定的下腔室交混特性,而在非均衡工况下需要重点关注出口附近燃料组件交混特性的变化。