池式铅基堆自然循环特性的数值模拟研究

论文摘要

铅基快堆具有较高的固有安全性,加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)采用池式铅基堆作为次临界反应堆型,并选择基于自然循环的非能动应急余热排出系统。自然循环特性是反应堆一回路的关键运行特性,对事故后的非能动余热排出过程有重要的影响。因此,为了论证反应堆的固有安全特性,研究CiADS反应堆一回路的自然循环特性与余热排出过程,具有重要的学术意义和工程应用价值。本文基于CiADS铅基堆的设计方案,采用多孔介质模型,建立了CiADS铅基堆的流动传热分析模型,模型包括燃料组件、流量分配器、堆芯围筒、冷热池隔板、主换热器、主泵等主要设备和结构。通过三维CFD模型完成了满功率混合循环、满功率无自然循环、低功率自然循环三种工况的稳态计算。重点关注了各工况下与评估运行安全特性相关的关键热工水力学参数:包壳与冷却剂的最高温度、最大流速及表征自然循环强弱的冷却剂循环流量,并分析了堆内的温度分布、速度分布和流动压降特性。CiADS铅基堆在额定工况下的冷却剂最高温度、包壳最高温度、最大流速分别为656.3K、664.19K、0.61m/s,均低于安全限值;低功率水平运行时,堆内最高温度为642.27K、在安全限值以下且有较大安全裕量,表明Ci ADS铅基堆具备低功率自然循环运行的能力及一定的事故容错能力。由于三维模型计算效率低,无法满足瞬态计算的要求,根据体积等效、换热面积等效、流通面积等效、高度等效等原则,建立了堆芯的二维CFD模型。比较二维与三维模型满功率运行和20%功率运行的计算结果,其温度分布相似,且最大相对偏差为14.49%,来自泵的动量源项,表明二维模型的等效方法具有可行性。全厂断电事故的瞬态计算结果表明,非能动余热排出系统能够较好地应对全厂断电事故,CiADS铅基堆具有良好的非能动安全特性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究对象
•     1.2.1 中国加速器驱动嬗变研究装置
•     1.2.2 CiADS次临界铅基反应堆
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 铅基堆自然循环特性研究
•     1.3.2 快堆余热排出系统研究
•   1.4 研究内容
• 第2章 反应堆三维模型
•   2.1 反应堆三维几何模型
•   2.2 CFD计算方法
•     2.2.1 基本控制方程
•     2.2.2 CFD的实现过程
•     2.2.3 多孔介质方法
•     2.2.4 数值计算设置
•     2.2.5 网格划分与无关性分析
•   2.3 堆内结构压降模型
•     2.3.1 组件进口段与出口段压降模型
•     2.3.2 燃料组件含绕丝棒束压降模型
•     2.3.3 哑组件中段通道压降模型
•     2.3.4 换热器进口、流量分配器进口、围筒出口压降模型
•     2.3.5 组件配重区、组件操作头区、换热器压降模型
•   2.4 主泵模拟方法
•   2.5 堆芯热源模型
•     2.5.1 空间分布模型
•     2.5.2 衰变热模型
•   2.6 燃料组件棒束区换热模型
•   2.7 物性参数模型
•     2.7.1 液态铅铋合金
•     2.7.2 热屏材料
•     2.7.3 燃料组件多孔区固体材料
•     2.7.4 316L钢
•   2.8 本章小结
• 第3章 稳态工况与自然循环特性
•   3.1 额定稳态工况
•     3.1.1 堆芯流量分配
•     3.1.2 温度分布特性
•     3.1.3 速度分布特性
•     3.1.4 压力分布特性
•   3.2 全功率无自然循环工况
•   3.3 20%功率自然循环工况
•   3.4 本章小结
• 第4章 反应堆二维等效模型
•   4.1 主容器等效模型
•   4.2 堆芯等效模型
•   4.3 主泵等效模型
•   4.4 换热器等效模型
•   4.5 围筒与流量分配器等效模型
•   4.6 堆芯支撑板与冷热池隔板等效模型
•   4.7 二维与三维模拟结果对比
•   4.8 本章小结
• 第5章 非能动余热排出系统瞬态分析
•   5.1 全厂断电事故描述
•   5.2 事故工况计算边界条件
•   5.3 瞬态计算结果
•   5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论与创新点
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨若楠

导师: 顾龙

关键词: 铅基快堆,自然循环,余热排出

来源: 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,核科学技术

单位: 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)

分类号: TL329

DOI: 10.27560/d.cnki.gkjwc.2019.000007

总页数: 82

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