摘要：以一种无人潜航器中搭载的紧凑型热管冷却反应堆为基础,建立并优化了一套完整的热管冷却反应堆安全分析模型,其中主要包含堆芯功率瞬变模型、高温热管冷态启动模型与二维热管网格模型,针对研究对象设计了事故工况下的非能动余热排出系统。基于上述模型,开发了热管冷却反应堆安全分析程序,并采用文献公开的冷态启动、稳定运行的实验数据与安全分析程序计算数据进行了对比验证。验证结果表明,程序计算结果与实验数据符合较好,证明了程序的准确性与预测结果的可靠性。使用程序针对研究对象进行了典型事故分析,计算得到了热阱丧失事故下,反应堆在事故发生后延迟3 s停堆与延迟6 s投入余热排出系统条件下峰值温度为1085 K,低于热管最高运行温度;计算得到了引入阶跃正反应性0.47$与线性引入反应性±0.05$下热管冷却反应堆温度的瞬态响应,最高温度低于热管最高运行温度,且在反馈调节作用下反应堆在更高功率水平下达到新的稳态,体现了反应堆设计方案的良好固有安全性。

摘要：热管堆具有固有安全性高、结构紧凑等特点,拥有广阔的应用前景。热电转换系统是热管堆中将热能转换成电能的关键系统,其形式和工作原理对热管堆的事故安全特性和动态响应特性具有非常重要的影响。自主研发的热管堆系统分析程序TAPIRS-D已经拥有静态热电转换模块和动态斯特林循环模块,本文在此基础上开发了动态热电转换模块(开式布雷顿循环),结合热管冷却空间反应堆(Space Advanced Reactor with Integrated Cooling System,SAIRS-C)的反应堆设计,开展了热管堆系统在反应性引入事故发生时的系统安全特性研究,并横向对比了不同类型、不同原理热电转换模块对于热管堆系统事故安全特性的影响。计算结果表明:当对热管堆系统的反应性引入相同时,在堆芯功率变化方面,与斯特林热电模块进行耦合的热管堆系统在事故后堆芯功率的变化幅度最小,其缺点是斯特林热电转换模块的热端温度上升幅度较大;在输出功率方面,与开式布雷顿循环模块和半导体热电转换模块相耦合的热管堆系统的输出功率变化幅度相当,均大于斯特林热电转换模块;在循环效率提升方面,与半导体热电转换模块耦合的热管堆系统效率提升幅度最大,其缺点是需要额外关注半导体热电转换模块中的电路负载的安全情况。