摘要：液态铅铋合金具有导热性能好、热容量高等特点,是新一代先进反应堆的理想冷却剂。本文建立了高流速铅铋环境下板型燃料组件全尺寸计算流体动力学(CFD)模型,基于大涡模拟湍流模型开展了瞬态流体力学分析并获得了燃料板所受的流体激励力。建立燃料板CFD模型,基于瞬态流体激励数据开展基于时域的结构动力学计算并获得燃料板的位移响应。计算结果显示,由于吊装结构形成的漩涡脱落,中间位置燃料板所受流体激励力远大于两侧位置燃料板。燃料板位移响应集中于自身的一阶频率,并且单组燃料板的一阶频率远大于湍流激励主频,因此燃料板没有在流体激励下共振的风险。考虑到入口湍流强度影响,基于矩形流道功率密度谱的流致振动分析方法保守性能不足。本研究可为新一代高性能燃料组件研发提供参考。

摘要：基于第四代核能系统的发展和需求,铅冷快中子反应堆(Lead-cooled fast reactor,LFR)是下一步优先发展的6种主要堆型之一.铅冷快堆以液态纯铅(Lead)或铅铋共晶合金(Lead-bismuth eutectic,LBE)作为冷却剂,然而在高温、高流速条件下,LBE与结构材料的冲刷腐蚀磨损严重限制了其工程应用.本文以P91钢为研究对象,在相对流速为5 m·s^(−1),温度分别为350℃和450℃,不进行控氧处理的LBE中进行了3000 h的动态测试.研究发现,350℃时P91钢表面生成的氧化层为多层结构:从外到内分别为疏松的Fe_(3)O_(4)层、Fe–Cr尖晶石层、内氧化区(Internal oxidation zone,IOZ),合金表面氧化层经历了“生成—剥落—再生成”的动态平衡过程.当介质温度为450℃时,试样表面氧化腐蚀现象更加严重,但是不同冲击迎角区域的试样表面腐蚀特征有较大差异.试样表面损伤的严重程度排序为:30°>90°>−90°.30°迎角区域氧化层完全剥落,且LBE渗透入基体;90°迎角区域部分氧化层剥落,内部基体未受到LBE侵蚀;−90°迎角区域氧化层结构保持完整.本文分析了P91钢在高流速(5 m·s^(−1))LBE中的冲蚀行为,阐明了合金氧化层的生成和剥落机制,可以为我国第四代核反应堆LFR结构或包壳材料研发及其在LBE中腐蚀机制研究提供一定实验数据与参考.

摘要：为有效重构三维管道内液体的温度场和流速场,提出了一种超声飞渡时间计算表征,并基于此求解温度场和流速场反演模型。同时考虑温度梯度导致的声线弯曲效应,采用正四面体前向展开法,追踪超声弯曲路径;开展“华龙一号”反应堆主管道冷却剂温度场和流速场重构实验。实验结果表明,所提方法能有效重构管道冷却剂温度场和流速场,且考虑弯曲效应能进一步提高重构精度。

摘要：面向核燃料元件高性能、高可靠封装等重大需求,提出适用于低电导率难变形铁马钢包壳管-端塞的磁脉冲压接成形工艺,并利用基于LS-DYNA的数值模拟与试验验证了工艺的可行性,研究发现集磁器-包壳管在间隙2mm、放电电压12.9k V、频率8.06k Hz条件下压接质量最优,工业CT结果显示压接精度达到5μm。

摘要：金属泡沫材料拥有优良的γ射线屏蔽能力和较低的密度,但影响其屏蔽性能的关键结构参数及作用规律尚不明确,阻碍了该材料屏蔽性能的进一步优化。本文采用蒙特卡罗方法构建了2种最密堆球模型,计算了理想铝基泡沫金属在各结构参数下的屏蔽性能。研究发现,铝基泡沫金属对能量低于0.24 MeV软γ射线屏蔽能力优于铝基块体材料。控制空心球填充率是优化该材料屏蔽性能的主要可操控方式,且在其适合辐射屏蔽能段时材料越轻性能越好。堆球方式是影响材料屏蔽^(137)Cs、^(60)Co源γ射线性能的最重要参数,实现面心立方最密堆球铝基泡沫金属的制备将弱化其在屏蔽硬γ射线时的劣势。

摘要：对于气液两相分离,传统分离器或体积过大,或旋流强度低,因此考虑提出一种新式的涡流式分离器。利用涡流二极管逆向流动形成强度较高旋流的特点,在旋流腔上方加入一根支管,从切向入口进入的两相流由于密度差和旋流的作用,气相会聚集在中心由于浮力作用从上支管流出分离器,液相会分布在四周由于重力作用从下支管流出分离器,从而实现两相分离。采用数值模拟的方式分别对不同旋流腔尺寸以及出口形状的分离器进行计算,模拟结果表明,在进口流量为0.5 t/h、入口含气率1%~5%工况下,控制底流口压力和入口相同,溢流口与入口压差在80~90 kPa范围内,分离器对粒径在50~100μm的气泡分离效率可以达到90%以上。

摘要：热管作为一种高效可靠、可进行长距离传热的非能动设备,在核能领域有着广泛的应用。本文针对工质为钠、充液量为158 g与208 g的毛细驱动热管,对其传热极限开展实验和理论研究。实验方面,设计搭建了高温热管传热极限测试分析实验平台,研究了液态金属高温热管在不同水平倾角和不同加热功率下传热功率的变化。理论方面,验证了连续流动极限与夹带极限理论模型的正确性,总结了两种极限的发生规律。研究发现,热管连续流动极限影响热管的启动;由于水平夹角较大时转变温度较高,因此大角度下的热管更容易发生连续流动极限,小角度下经验模型的预测误差在6.58%以内,大角度下误差超过28%。夹带极限发生时热管蒸发段温度骤升且冷凝段温度出现波动,热管倾角越大夹带极限越容易发生,经验模型在不同角度下均存在误差,大角度下误差超过100%。本文总结了连续流动极限与夹带极限的发生规律,为先进核反应堆系统中热管的设计提供参考。

摘要：闸阀是反应堆一回路系统的重要部件,瞬态过程中流体温场的变化会影响阀体的温场变化,进而影响阀门的密封情况。本文使用计算流体动力学方法对包含部分管路系统的闸阀进行瞬态三维流固耦合分析。通过对闸阀内流体的流场和温场的模拟计算,获得了瞬态过程中闸阀阀体温场的变化以及由于温场变化导致的热变形和热应力;在此基础上对不同边界条件和不同阀门结构进行了计算分析和评价,其结果可供闸阀设计参考。

摘要：采用包覆热轧法制备了U-Mo/Nb固相复合扩散偶。分别在760和790℃下对U-Mo/Nb固相复合扩散偶进行了不同时间的扩散热处理。用能谱法(EDS)测定了扩散偶中主要元素在一维扩散方向上的分布;根据实验初边界条件建立了U-Mo/Nb的半无限长扩散偶模型,并用误差函数法获得了扩散方程的解析式。通过实验数据计算得到UMo合金中U元素在Nb基体中的扩散系数。结合实验方法分析认为计算结果基本合理。

摘要：为制备毛细力特性优异的多孔吸液芯,为大功率热管的设计和制造提供支持,采用氧化还原法制备了具有纳米多孔结构的不锈钢席型网,并对其毛细力特性进行研究。利用扫描电子显微镜观察不锈钢丝网表面的微观形貌,采用高速摄像与红外摄像相结合的可视化实验方法拍摄不锈钢丝网表面的液滴扩展与毛细上升过程,并基于毛细上升理论得到了不同不锈钢丝网的毛细性能因子。研究结果表明,当样品制备温度控制在96℃时,在不锈钢丝网表面形成了较为均匀的超亲水纳米多孔结构,纳米多孔结构显著增强了不锈钢席型网的毛细力,所制备样品的毛细性能因子最大可达4 mm。