摘要：在蒸汽发生器长期运行的过程中,二次侧流体中的杂质会在蒸汽发生器内部发生沉积。其中,杂质在支承板上的沉积会造成支承板的堵塞。支承板堵塞会使蒸汽发生器内出现局部高速流动和横流,极易造成流致振动和传热管裂纹。为预测蒸汽发生器支承板局部沉积物分布,本研究建立了蒸汽发生器杂质迁移模型和支承板堵塞模型,并植入到西安交通大学核反应堆热工水力团队(NuTHeL)自主开发的蒸汽发生器三维热工水力程序STAF中,对含有固化和不含固化条件下支承板150 d沉积行为进行了预测,分析了固化效应对沉积物分布的影响规律。结果表明,支承板热侧上部沉积物较多,沸腾是导致局部沉积主要因素。与不考虑固化情况相比,考虑固化后沉积质量减少,且冷热两侧沉积质量差异明显减小。考虑固化后沉积物分布更靠近支承板两侧,与流速分布较为相似。本文研究成果可为核动力系统蒸汽发生器设计和运维提供参考,从而尽可能减小支承板堵塞所导致的有害后果。

摘要：为开展关于核热推进反应堆堆芯的稳态热工水力计算,基于现有针对压水堆的系统分析程序,添加了氢气的物性模型及流动换热和摩擦阻力关系式,并采用公开文献中的数据进行验证。结果表明采用上述模型计算得到的结果与参考值符合较好,二次开发的程序适用于氢气的流动换热计算。针对一种折流式核热推进反应堆堆芯,使用该系统程序建模并计算,得到了堆芯的流量、焓升等分布情况。研究结果表明,对于折流式核热推进反应堆,内外堆芯燃料元件之间的导热会增强堆芯释热不均,对堆芯的稳态热工水力特性有较大影响,堆芯物理方案的设计应结合热工水力方面的计算。本研究可为核热推进系统内氢气流动换热计算提供借鉴。

摘要：核反应堆在运行过程中燃料组件可能出现弯曲和变形现象,直接影响到核反应堆的安全性和可靠性。为探究铅铋堆堆芯燃料组件棒束在弯曲状态下的冷却剂流动换热特性,本文基于CFD方法,对卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)开展的铅铋堆19棒燃料组件实验进行了数值模拟研究,获得了光棒弯曲和带绕丝棒弯曲两种条件下的组件内热工水力参数分布特性。结果表明,在光棒情况下单棒弯曲会使局部冷却剂通道变窄,造成局部的高温区域。在有绕丝情况下,由于绕丝的搅混作用,使得棒束弯曲造成局部高温现象相对较弱,高温区域主要集中在棒束与绕丝接触的狭小区域内。本文揭示了铅铋堆燃料组件燃料棒弯曲条件对堆芯安全的影响规律,为铅铋堆热工安全设计提供了重要参考。

摘要：板状燃料因其功率密度高、燃耗较深的特点,在诸多测试堆与实验堆中得到广泛应用。受堆内辐照、流致振动等常见预期瞬态影响,其狭长的冷却剂流道极易受压而发生弯曲变形,进一步影响堆芯换热并对反应堆安全造成威胁。本文依托OpenFOAM平台开发了板状燃料堆芯三维通道级热工水力分析程序CorTAF-PT,在数组矩形窄缝通道流动换热实验对比验证的基础上,针对IAEA 10 MW材料测试堆开展了弯曲变形工况下三维数值模拟,获得了全堆芯关键热工水力参数的多尺度分布特性,并对堆芯出口处热点偏移现象进行了分析。本研究对自主可控堆芯级高精度三维热工水力分析技术开发具有参考价值,同时也可为后续板状燃料堆芯事故安全分析的开展提供了基础。

摘要：FeCrAl合金优良的高温抗氧化性能使其成为反应堆燃料包壳的候选替代材料之一,然而Cr和Al的存在会对其力学性能产生负面影响,对反应堆的安全运行造成潜在风险。为了分析FeCrAl合金体系在微观尺度的变形机制,采用分子动力学方法研究了温度和应变速率2个重要影响因素下FeCrAl单晶的力学性能,对应力应变、缺陷分布、位错密度的变化及变形机制进行了讨论,分析了溶质原子对模拟结果的影响。结果表明,温度升高导致原子热运动加剧,促进了缺陷的形成和生长,降低了原子间相互作用,导致弹性模量和抗拉强度随温度的升高而降低。应变速率的升高导致弹性模量和抗拉强度降低,低应变速率的塑性变形机制主要为孪生变形,中等应变速率下为位错滑移,高应变速率下为原子排列无序化的变形机制。温度和应变速率对α-Fe和FeCrAl具有相同的作用趋势,但与α-Fe相比,FeCrAl中的Cr和Al会产生明显的晶格畸变和应力集中,促进了缺陷和位错的形成和运动,降低材料的屈服强度和抗拉强度。基于计算结果,对FeCrAl单晶体系建立了基于F-B方程的本构模型,拓展了计算结果的应用范围。

摘要：由于较高的换热效率和紧凑的结构设计,螺旋管式直流蒸汽发生器(HCOTSG)在多种模块化小型堆的设计中得到了广泛应用。RELAP5作为广泛应用于反应堆热工水力特性分析的大型系统程序之一,采用的热工水力关系式仅针对直管模型开发,不适用于HCOTSG一次侧和二次侧。本文选用螺旋管及横掠管束的热工水力模型,基于RELAP5程序开发了HCOTSG模块。采用实验数据及程序对比等方式对螺旋管模块的流动和换热模型进行了单独验证,利用开发的RELAP5-HCOTSG程序针对国际革新安全反应堆(IRIS)的蒸汽发生器设计进行了整体的热工水力模拟,与原始RELAP5的计算相比,RELAP5-HCOTSG程序计算得到的热工水力参数与设计值符合良好,确认了本文开发的程序模块在HCOTSG热工水力分析中的适用性。

摘要：钠冷快堆是第4代核反应堆的主力堆型,瞬态热工水力及安全特性是其设计研发和安全评审的重要工作,需要专用的分析工具。本文基于模块化建模思想,建立了钠冷快堆系统关键部件的热工水力模型和辅助模型,采用具有高稳定性和自动变步长能力的Gear算法,开发了钠冷快堆瞬态热工水力及安全分析软件THACS,并通过了国际基准题EBR-Ⅱ的有保护失流事故实验SHRT-17的初步验证。结果表明,THACS程序能较好模拟此实验的瞬态过程,具备钠冷快堆瞬态热工水力及安全分析的能力,可为我国钠冷快堆研发提供支持。

摘要：为探究工质在核热推进反应堆冷却剂通道内的热工水力行为,基于数值计算方法,开展了圆管内高温、高流速氢气流动换热特性研究。通过与实验数据对比发现,采用压力基耦合算法、SST k-ω湍流模型以及物性模型进行高温、高流速氢气流动换热特性数值模拟是合理可行的,计算值与实验值符合较好,计算模型选择正确。在分析基础工况流场与温度场的基础上,还研究了热工参数对氢气管内流动换热特性的影响,结果表明,随质量流量的增大换热效果增强,随热流密度的增大换热效果变差。研究方法与结果可为高温、高热流密度环境下气体工质流动换热特性研究、核热推进反应堆的热工设计与仿真模拟提供参考。

摘要：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。

摘要：基于国际热核聚变实验堆(ITER)实验包层方案,提出了一个超临界水冷固态实验包层概念设计方案。设计采用Be作为中子倍增剂,Li4SiO4作为氚增殖剂,CLAM钢作为结构材料。包层第一壁采用多层盘道设计以提高第一壁出口温度,内部采用增殖剂与中子倍增剂分层布置以提高热沉积与氚增殖率。为验证包层设计的可行性,分析计算了三维包层氚增殖率与热沉积的分布,然后根据中子学计算得到的结果对超临界水冷固态实验包层进行了数值模拟研究。结果表明:包层功率密度分布较合理;氚增殖率满足运行中氚自持的要求;在冷却剂出口温度达到500℃条件下材料温度不超过限值。该设计方案能满足中子学设计与热工水力的要求。