快堆主容器顶部复杂空间中的覆盖气体热工水力行为研究

发布时间：2020-04-19 12:38

【摘要】：快堆主容器是核安全一级设备,选用的材料是316不锈钢,根据核安全审查要求,必须要分析该设备的强度、刚度等是否满足设计要求。在对主容器顶部结构进行强度分析时,必须知道其上温度载荷。快堆主容器顶部结构包括大尺寸的氩气腔,大中小旋塞、部分生物屏蔽柱、主泵、热交换器等重要部件,还有旋塞与氩气腔之间的小尺寸气隙。为了获得详细的温度分布,开展主容器顶部覆盖气体的热工水力行为相关研究对工程应用有着重要的意义。由于主容器顶部的氩气空间结构庞大难以进行实验研究,需要数值模拟。相差两个数量级的大空间和微缝空间同时存在,简化的模拟计算不能得到详细的温度分布,应力分析会产生较大误差。氩气空间中存在对换热和辐射换热情况,还未提出适合主容器顶部复杂气体空间的辐射换热模型。另外,人们对气隙内部的热工水力特性并不了解,气隙厚度对主容器顶部金属层温度的影响程度也没有明确研究。故此,本文将对快堆主容器顶部复杂空间中的覆盖气体热工水力行为进行较为详细的模拟研究,为以上问题提供参考。首先,本文用CEFR简化模型选择适合快堆计算的辐射换热模型;第二,为了解决大小空间同时存在的问题,本文采用分开画网格的方法进行详细建模。第三,为了进一步分析对流和辐射换热对金属层温度分布的影响,提高辐射换热作用最强的生物屏蔽柱上表面温度进行对比计算。最后,为了研究气隙厚度对金属层温度的影响,计算Omm气隙以及90mm气隙的情况,与30mm气隙工况进行对比分析。结果显示,DO辐射换热模型更用于快堆顶部气腔的计算。分析氩气空间整体热工水力特性,计算对称性较好,流动符合气体的自然循环,氩气与不锈钢之间对流换热温差在40-60℃左右。由于生物屏蔽柱对金属层的辐射效果较强,金属层外最高温度出现在提升机凸台的位置。提高生物屏蔽柱的温度至540℃后,发现与氩气的对流换热效果提升不明显,但由于辐射换热的作用,金属层温度反而升高了。在这样保守的情况下,金属层外侧最高温度387℃C仍低于316不锈钢的蠕变温度。气隙对旋塞与氩气腔之间起到很好的隔热作用,通过对比无气隙、30mm气隙和90mm气隙三种情况,得出30mm气隙的保温效果最好,为工程设计提供了一定的参考。
【图文】：

主容器,钠冷快堆,核安全,快堆

华北电力欠学硕上学位论文逡逑图１－１邋ＪＳＦＲ回路式钠冷快堆剖面图１６１逡逑？｜ｊｆｒ邋ＳＯ逡逑ｆ；；ｉ邋｜ｉ邋ｖ逦ｔｆ邋ｔ聋－－~柦①ぃ╁义希义希涞担衬瓤В迹埠稀峰义希保保靛巍型冉诲澹垮义蟎l卜逡逑ｈ邋ｊ逦堆娜保沪抑逡逑１逡逑图１－２邋ＣＥＦＲ池式钠冷快堆剖面图逡逑快堆主容器是核安全一级设备，为了保证结构完整性，需要对其强度进行评逡逑价。温度载荷会对结构产生较大影响，为了较好地评价主容器的强度，需要知道逡逑详细的温度分布。事实上，堆内的热工水力特性将直接影响主容器表而的温度分逡逑布。目前国内外对池式快堆主容器中下部的堆芯、冷热钠池的热工水力特性研究逡逑较多，但对主容器上部氩气空间的研究很少。这部分空间包含了大尺寸的氩气腔，逡逑大中小旋塞、部分生物屏蔽柱、主泵、热交换器等重要部件，还有旋塞与氩气腔逡逑之间的小尺寸气隙，里面的热工水力特性复杂。由于结构庞大，不适合开展详细逡逑的实验研究，因此对这部分复杂空间进行详细地模拟研究有重要的价值和意义。逡逑２逡逑

二维图,辐射换热,快堆,主容器

２．１．１模型简介逡逑ＣＥＦＲ堆容器由主容器、保护容器及其支撑、保温层和主容器热屏蔽等组成。逡逑钠液面以上的氩气空间部分二维图如图２－１所示。高温钠液面对主容器上部区域逡逑一一锥顶盖、堆内构件等存在辐射换热，对氩气空间存在自热对流换热，，其辐射逡逑及对流换热将对快堆主容器壁面温度产生较大影响，最终对快堆主容器安全及寿逡逑命具有重要意义［２４１。因此，对该部分的对流换热和辐射换热的研究十分重要，逡逑在模拟计算中选择合适的辐射换热模型也十分关键。逡逑ｍ逡逑Ｌ邋ｎ邋逦＼逡逑丨通《丨｜｜丨丨丨１＊－丨丨１＞１丨…丨丨＂…丨丨丨川丨彳＿丨…丨ｑ逦＼逡逑＿９－．逦－逦－Ｊ邋Ｉ逦逦＋１２４２５逦＼逡逑＇？＇Ｔ：．＇－：ＩＴ＂￣逦＼逡逑—二＾邋一③逡逑逦１｜｜｜｜｜１｜｜｜１［｜邋Ｉ逡逑丨＇邋：。逡逑①旋塞②氩气腔③生物屏蔽柱逡逑④主要贯穿部件：两台主泵，四台中间热交换器和四台独立热交换器逡逑图２－１钠液面以上氩气空间二维图逡逑本文主要关注辐射换热对气腔温度分布的影响，拟通过ＣＥＦＲ模型的计算选逡逑出合适的辐射换热模型及参数，将其应用于快堆模型之上。为节约资源，考虑将逡逑ＣＥＦＲ模型进行简化，在快堆模型中再进行详细建模。在此，仅保留气腔、旋塞、逡逑锥顶盖金属层和主容器热屏蔽四个有重要影响的部分
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM623

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