摘要：为使燃料尽可能在最恶劣设计工况下进行辐照实验,开展基于高通量工程试验堆(HFETR)的燃料试样堆内辐照温度设计与实验研究。按照铀装量设计燃料试样在辐照装置内的位置,能够改善轴向燃料试样热流密度的不均匀性。HFETR主冷却剂低温状态下,在燃料试样外包覆液态铅铋合金和不锈钢能够实现燃料芯体及燃料包壳的高辐照温度指标。设计和实验结果表明,稳态和短期瞬态运行工况下,不锈钢盒表面辐照温度始终低于HFETR燃料元件包壳表面最高温度限值,满足反应堆运行和燃料辐照实验安全要求。为提高稳态运行工况下燃料试样的辐照温度,堆芯设计时应避免或降低由于反应性扰动造成的辐照装置内燃料试样短期瞬态功率影响,减小辐照孔道内燃料试样的热点因子。

摘要：提出了2种基于中国超临界水冷堆(CSR1000)燃料元件的燃料验证试验回路试验段的概念设计方案——2×2组件方案、3×3组件方案;利用MCNP程序和CFX程序进行了中子学、热工水力学分析,并对不同方案进行初步评价。分析结果表明:2种方案均具备工程可行性,满足燃料验证试验需求,但两者存在显著的性能差异;2×2组件方案的燃料棒功率为23.6~25.3 k W,平均功率为24.3 k W,组件的径向功率峰因子为1.04;3×3组件方案的燃料棒功率为15.9~26.7 k W,平均功率为21.4 k W,组件的径向功率峰因子为1.25;3×3组件方案的组件功率峰因子较大,不利于功率展平,限制了组件平均功率的提高。对采用无绕丝组件的热工分析表明:2种方案的冷却水出口温度均超过25 MPa压力下的拟临界温度,燃料芯块温度、燃料包壳外表面温度均低于热工限值且留有裕量。

摘要：再生式换热器凭借能够减小热冲击以及回收部分热量等特点,普遍被应用于研究型反应堆的试验回路中。考虑到试验对象的需求,回路中换热器的功率可变。本文主要针对再生式换热器的功率改变以及流质温度变化等情况,研究在变工况下再生式换热器的热工特性变化,并相应地对再生式换热器的降功率工况提出运行建议。分析结果表明,限定一次水进出口温度,通过改变一次水流量调节再生式换热器的功率时,二次水的流量伴随100%~20%设计功率而逐渐下降至16.9%设计流量,且二次水的最高出口温度要高出设计温度9.5℃。在一次水流量不变,而入口温度改变时,受二次水最大流量以及出口温度限制,再生式换热器的功率调节存在上下边界,并且,该上下边界保持有平均26%设计功率的跨度。低于功率调节下边界时,再生式换热器只能以降低一次水流量至一定范围来实现更低功率运行。

摘要：为了解决研究堆高释热率区材料辐照温度精确控制技术难题,研制了材料辐照用分段式气隙耦合电加热试验装置。试验装置采用轴向分段式气隙耦合电加热的辐照温度控制方法,使其具有较大的温度调节能力。装载材料样品的辐照试验段采用轴向分段式阴阳面独立分区的结构,由两段4个独立腔室组成,每个腔室设置独立的惰性气体调节回路,并且在第一段两个腔室内设置电加热棒辅助气隙进行辐照温度调节。利用该装置进行的堆内辐照试验结果表明:试验装置在反应堆高注量率区能够将材料辐照温度有效控制在335~365℃,电加热棒独立控温能力达30℃。研制的装置大幅提高了辐照温度控制精度,实现了辐照温度在线精确调节与控制,达到了材料辐照精细化控温的目的。

摘要：再生式换热器由再生段和冷却段共同构成,凭借再生段的加入,再生式换热器有助于减小换热器承受的热应力以及回收部分热量,而广泛应用于研究型反应堆的各试验回路中。在再生式换热器设计中,通常会对换热面积保留一定的裕量以应对换热管破损、阻塞以及工况波动等情况发生。结合再生式换热器的结构特点,在不利因素未发生时,将设计裕量效果计入实际的换热中,分析不同的设计裕量对再生式换热器理论运行功率、流质流量以及出口温度等的影响。分析结果表明,再生式换热器的理论运行功率随着冷却段设计裕量的增加而逐渐增加,而随着再生段设计裕量的增加而逐渐减小。再生段及冷却段设计裕量对再生式换热器的功率调节跨度影响不大,但再生式换热器的理论功率调节区间在再生段设计裕量增加时会逐渐下移,而在冷却段设计裕量增加时会逐渐上移。要克服再生段裕量对运行功率带来的不利影响,可以选择增加相应的冷却端设计裕量以及加大二次水流量。再生式换热器运行于功率调节下边界以下时,再生段保持一定设计裕量有利于一次水的流量更为接近设计流量。鉴于分析的结果,对于处于稳态试验回路中的再生式换热器,建议再生段裕量小于10%以满足设计功率,而对需要具备降功率运行的再生式换热器,建议可以取较大的再生段裕量以减小一次水流量的波动。

摘要：采用量热法,基于热平衡条件下的静态等温法测量了不锈钢在堆内的释热率,并探索不锈钢释热率随沿堆内活性区轴向高度的分布情况以及与堆功率之间的关系。同时,利用MCNP程序计算了相应的不锈钢的释热率,通过实验手段探索MCNP程序计算不锈钢释热率的准确性。研究表明:不锈钢在堆内的释热率与所处活性区位置以及堆功率密切相关;不锈钢的释热率沿活性区轴向近似呈截断余弦曲线分布;最大释热率位于反应堆活性区中心平面偏下约50 mm处,且与堆功率呈线性递增关系。在研究范围内,利用MCNP程序计算得到的不锈钢释热率较实际测量值平均偏大18.1%。从工程应用角度讲,MCNP程序所计算的不锈钢释热率对实际工程应用具有一定指导意义。

摘要：燃料组件稳态回路辐照考验是研究组件抗辐照性能的关键环节,鉴于回路辐照考验热工参数对试验运行的重要性,本文针对稳态辐照考验回路,结合燃料组件对回路辐照考验热工参数的需求,分析了一次水流量及入口温度发生变化、装置内部存在换热以及不同换热器运行方式下回路系统的关键热工参数耦合特性。研究表明,随着换热器一次水入口温度和流量的下降,主换热器的最大换热功率有明显下降,在严重偏离设计工况下,主换热器换热能力存在不能满足燃料组件辐照运行的风险。同时,辐照装置内部换热对主换热器换热极为不利。在回路运行温度需求较高,而装置内部换热较强情况下,主换热器二次水流量的设计裕量不能低于装置内的热交换比例,且该裕量取值需趋大。两台主换热器并联运行的优势主要体现在较大一次水流量情况,且存在一个较小的一次水流量,使得单台换热器独立运行与两台换热器并联运行时的换热能力一致,低于该流量比例时,两台换热器并联运行时的换热能力反而弱于单台换热器运行。

摘要：为了探究材料释热率在研究堆孔道内的轴向分布规律,以高通量工程试验堆(HFETR)G7孔道为例,设计一种材料释热率测量装置。通过数值模拟方法得到释热率测量装置及试验段在载荷作用下的应变分布云图,采用物理计算得到量热计校对桥和测量桥的温度参数,并利用本装置在G7孔道开展释热率测量试验。结果表明,该装置整体结构满足强度要求,试验段量热计之间需加装保护管;计算得出样品、校对桥和测量桥的温度低于材料熔点,装置满足热工要求;试验测得的释热率值随堆功率变化规律性强,且不同材料在不同能量等级的γ射线环境下,对γ的吸收性是有区别的。因此,本装置可以作为HFETR释热率测量工具,为确定不同材料在堆内释热率分布情况提供保障。

摘要：为了验证新型燃料组件在设计上的合理性以及制造上的可靠性,需在高温高压水试验回路中针对燃料组件开展稳态辐照考验。本文结合燃料组件辐照考验参数需求,以再生式换热器作为稳态考验高温高压水试验回路的换热系统,从再生段结构、换热面积裕量以及多台换热器连接方式等方面,开展了针对稳态考验回路换热系统的热工优化设计研究。研究表明,在再生段结构及换热面积恒定下,无论采用何流量和温度作为设计基准来设计换热器结构,该结构换热器对低参数状态下的换热能力改进均无显著作用。在再生段内设置一次水旁流短接管对提升换热器在低参数下的换热功率有明显效果,在210℃一次水入口温度时,再生段换热面积缩减30%可以有效提升25.6%的换热功率。基于设计工况下保留的换热面积裕量,一次水运行温度较设计温度降低将会增强换热面积裕量对换热功率的补偿作用,而一次水运行流量较设计流量下降将会削弱换热面积裕量对换热功率的补偿作用。基于宽范围功率需求,燃料组件稳态考验回路中换热系统宜设计成串并联可切换模式,在一次水入口温度为250℃及330℃时,总流量为40%的两台换热器在串联时的最大换热功率较单台分别提升了81%和77%。

摘要：高通量工程试验堆(HFETR)作为我国在役运行功率最高的研究堆,是我国进行各种反应堆燃料和材料辐照性能研究的重要工具和平台。HFETR以动力堆燃料和材料的辐照研究为主,同时兼顾同位素生产等其他任务。HFETR辐照试验能力与其结构相关,包含静态容器辐照试验、仪表化辐照试验和回路辐照试验三种辐照试验形式。HFETR具有与各种辐照试验匹配的成熟的和应用经验丰富的辐照装置设计、辐照参数控制以及复合辐照环境控制等辐照试验技术。大量的材料和燃料辐照试验结果表明,HFETR现有的辐照试验技术能够完全实现受试件的辐照指标要求,并同时确保辐照试验开展以及反应堆运行的安全。