运行工况下固态堆芯基体的高温力学响应

热管冷却反应堆是核反应堆电池的首选堆芯之一,热管堆固态堆芯高温膨胀的力学性能需要引起重视。为了获得热管冷却反应堆316H不锈钢基体在高温下的力学变化,以MegaPower作为分析对象,采用开源蒙特卡罗程序(OpenMC)和商用有限元计算软件ANSYS Mechanical,对反应堆满功率运行工况进行了热力耦合分析。结果表明:1)在满功率运行水平,堆芯基体会产生显著的温度集中和热应力集中,燃料和基体的峰值温度分别为1 023 K和970 K,基体的最大热应力为49.5 MPa;2)在高温蠕变的效应下,基体的应力会显著降低,应力分布趋于均匀;3)在堆芯运行过程中,基体等效总应变只有微小变化,而等效弹性应变的减少和等效蠕变应变的增加几乎是同步且等量进行的。

核热火箭发动机技术发展态势分析与启示

为解决航天任务中太阳能利用困难和化学能能力瓶颈的问题,发展空间核动力势在必行。核热火箭发动机具有运行能量转换效率高、推力调节范围广、比冲大、长驻留、启动快、可多次启停等优点,近年来再次成为国内外研究热点。通过回顾美俄在核热火箭发动机技术上的发展历程,梳理涉及的反应堆、发动机、推进剂管理、地面试验、系统仿真与核安全等相关的关键技术,总结美俄核热火箭发动机发展的启示,为未来空间核热火箭发动机的规划论证与技术研发提出发展建议。

Effect on the Flow Behaviors by Adding Internals in a Riser Reactor

Riser reactor is a key unit in the Fluid Catalytic Cracking (FCC), and it has important influences on increasing the yield coefficient of gas and oil. In this paper, the behaviors of gas-solid two-phase flow in the traditional y-type riser reactor are investigated by numerical simulation. The calculated particle concentration distribution is in good agreement with the experimental data, which verified the advanced models and calculating methods. The non-uniform distribution, such as core-annulus flow, may result in the unreasonable matching relationship of catalyst-to-oil ratio. An optimized riser with cuneal internals is proposed and the comparison of two different structures of riser reactor is presented. The comparison results show that the cuneal internals in the riser both can block effectively the slip down of the particles near wall region and weaken core-annulus flow structure due to the redistribution of particles. The results also prove that the particle concentration distribution becomes uniform along the axial and radial direction in the optimized riser by adding cuneal internals, which would be benefits for the catalytic cracking reactions.

热管冷却反应堆固态堆芯热力耦合性能分析及结构优化

热管冷却反应堆的固态堆芯具有模块化、无流动回路等诸多优势,受到诸多学者关注。固态堆芯在工作寿期内涉及复杂的热力耦合行为。本文基于ABAQUS对固态堆芯工作性能进行了热力耦合分析。结合子程序的二次开发,综合考虑了间隙传热模型及材料在极端工况下的蠕变、肿胀等行为。探究了各部件之间的相互作用关系。基于有限元仿真对固态堆芯尺寸进行参数优化,使用深度神经网络建立代理模型,使用NSGA-Ⅱ算法获得了pareto前沿解集。相较于初始设计参数,优化后的堆芯最高温度下降8.44%,最大应力下降34.43%,改善了固态堆芯的性能。

特高压干式空心平波电抗器温度场耦合计算与试验

为了研究特高压干式空心平波电抗器的温升分布特性,该文基于计算流体力学和传热学理论,建立了电抗器稳态流体与固体耦合温度场的数学计算模型。采用有限容积法对三维模型进行稳态流体场与温度场直接求解,获得其温度场分布特性,研究了包封轴向及径向温度分布规律。最后采用光纤测温法对自然对流下的电抗器进行温升测量。对比分析表明,计算与试验结果吻合较好,验证温度场数值计算的合理性和准确性,为特高压干式空心平波电抗器温升监测提供参考。

新型固态限流器中饱和型耦合变压器的设计

变压器耦合新型固态限流器能够在满足有效限制电网短路电流的前提下,通过合理设计饱和型耦合变压器,达到缩小限流器整体体积、降低成本的目的。文中研究并提出一种变压器耦合新型固态限流器中饱和型耦合变压器的设计方法:首先,在空心电抗器设计的基础上,运用场路结合的有限元法,得出在特定匝数下饱和型耦合变压器的初步设计参数;然后,进一步得出在具有同样限流水平的前提下,饱和型耦合变压器正常运行(副边等效短接)时的漏抗压降,以及故障限流(副边等效开路)时副边电压随铁芯芯柱半径的变化规律,并通过曲线拟合寻优,得到最佳设计。最后,通过小样机实验,验证了该设计方法的正确性。

固态钍基熔盐堆堆芯物理参数计算

针对中国科学院设计的2 MW固态钍基熔盐堆(TMSR-SF)堆芯,采用蒙特卡罗程序MCNP精确描述堆芯TRISO包覆燃料颗粒、燃料球排布,建立了包含燃料元件、熔盐冷却剂、石墨反射层、中心石墨通道、控制棒及反射层通道的三维全堆芯模型,计算了TMSR-SF初始有效增殖因数、中子能谱、功率分布、控制系统价值、停堆裕量、反应性系数、中子动力学参数等堆芯物理参数,为TMSR-SF的物理优化及热工安全分析提供必要的参数。

热管堆固态堆芯典型栅元设计优化

热管堆固态堆芯设计是影响堆芯传热性能和结构完整性的关键问题。为避免固态堆芯设计中间隙热阻导致的温度和应力过大,本文建立了四种堆芯典型栅元的三维热力学模型,对不同填充物下间隙尺寸和栅元截面尺寸等关键参数进行了优化分析。结果表明,尽管高热导率的液态钠填充装配间隙能够有效降低燃料包壳和芯块温度,但热应力反而可能增大;圆管插入液态钠方案的热力学性能最优;固态堆芯方案中,六角管拼接氦气填充方案的热力学性能最优。