基于三维等结构的反应堆中子行为及传热耦合研究

发布时间：2020-07-05 03:51

【摘要】：核电,以高效清洁著称,在环保以及经济性方面具有其他化石能源所不具备的优势。但自核电正式商用以来,三次重大的核事故使核电的发展受到了严重的影响,探究核电机组的安全运行是目前核电发展的重要问题。本文根据AP1000设计数据与常规二代核电机组设计及运行数据构建计算模型并搭建实验平台,对两种压水堆堆芯的CHF特性及冷却剂失流工况下的传热恶化现象进行了研究。本文首先利用CFD计算软件对AP1000及常规压水堆核电机组堆芯传热进行数值模拟,分别进行了3×3棒束、燃料组件以及反应堆整体模拟计算。计算结果表明:正常运行工况下,反应堆冷却剂温升趋势为先缓慢增长然后增速加快最后缓慢增长,在堆芯出口处温度达到最大值。核功率较大的堆芯局部区域会发生轻微的泡核沸腾,并且受冷却剂进口温度影响。单环路完全失流事故工况下,两种机组堆芯内部温度场及流场分布均呈现严重的不均匀性,此时堆芯内局部冷却剂温度急剧上升,冷却剂出口温度远高于系统压力下的设计温度,容易发生传热恶化。单环路部分失流工况下,AP1000压水堆冷却剂进口温度低于常规核电机组,相比于传统压水堆不容易发生传热恶化,安全裕度更高。通过MATLAB软件编写了AP1000及常规核电机组堆芯传热计算程序,各类工况下计算结果表明:DNBR(偏离泡核沸腾比)随轴向距离的增大呈先减小后增大的趋势,计算得到的CHF(临界热流密度)值随燃料棒高度的增加而减小。AP1000堆芯传热通道各处的CHF值、DNBR值以及实际热流密度均有所增大。搭建热工水力实验平台并进行了棒束流动传热特性实验。实验温升与理论值相对误差在4%以内,CHF相对误差不大于5%。实验结果与模拟及计算所得结果吻合度较高,充分验证了数值模拟及热工计算的准确性,同时发现流动通道内CHF的变化受进口冷却剂欠热度影响较大。
【学位授予单位】：上海电力学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM623.2
【图文】：

上海电力学院硕士学位论文准化、系列化的大型商用核电站。但是，1979 年以及 1986 年相继发生的三哩岛核事和切尔诺贝利核事故使得核电的发展止步不前，人们开始重新评估核电的安全性和济性，从而促进了核电技术从“第二代”到“第三代”转化。图 1-1 来源于环境政专家马克尔施耐德等撰写的《2015 世界核工业现状报告》，从图中可得知，20 世纪年代末期至 21 世纪除，全球范围内反应堆数量及装机容量基本维持不变；而在 20年日本福岛核电站发生核泄漏后，数量明显下降。因此，在世界核电发展大环境相恶劣与我国未来数十年对于核电安全高效发展要求的复杂背景下，对于 第三代‖核机组的运行安全性的探究显得尤为重要。

如图2-1 所示。在一回路中，冷却剂沿箭头所示方向流动，在反应堆中吸收堆芯核裂变所产生的热量，然后沿一回路热管段进入蒸汽发生器的 U 型管内，将热量传递给 U 型管外侧的二回路系统的给水，将其加热成蒸汽；同时，U 型管中被冷却后的冷却剂流向主泵，由主泵提供动力，流经冷管段，重新回到反应堆内再次加热。功能上，一回路系统可以使冷却剂循环工作，将堆芯所释放的能量传递给蒸汽发生器；同时，及时带走热量以冷却堆芯，防止燃料元件因热流密度过高而烧毁或损坏。除此之外

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘振华;张彤;;底部封闭倾斜细管内沸腾临界热流密度的实验[J];航空动力学报;2006年02期

2 张世一;张晓忠;金滔;汤珂;黄云舟;;沸腾表面对液氮临界热流密度的影响实验[J];低温工程;2011年04期

3 周润彬 ,陈玉宙;低压棒束临界热流密度[J];原子能科学技术;1984年04期

4 林宗虎,王栋,陈学俊;临界热流密度值模化方法研究[J];西安交通大学学报;1987年05期

5 张伯义;长棒束临界热流密度实验研究[J];中国核科技报告;1990年00期

6 张伯义;长棒束临界热流密度实验研究[J];中国核科技报告;1991年S3期

7 彭云康，陈炳德;管内竖直向上流动水的临界热流密度研究[J];核动力工程;1995年01期

8 秋雨豪,刘振华;滞止区内过冷液体喷流沸腾的临界热流密度[J];工程热物理学报;2005年06期

9 秋雨豪,刘振华;平板滞止区内饱和液体喷流沸腾的临界热流密度[J];热能动力工程;2005年02期

10 徐凤英;李长友;陈震;;微管临界热流密度研究进展[J];延边大学学报(自然科学版);2009年01期

相关会议论文 前3条

1 文博;周磊;刘亮;闫晓;黄彦平;;倾斜条件对矩形窄缝通道临界热流密度的影响研究[A];中国核动力研究设计院科学技术年报（2011）[C];2013年

2 周继军;王跃;周楚薇;施伟;;微圆通道中的临界热流密度现象[A];上海市制冷学会2009年学术年会论文集[C];2009年

3 樊普;秋穗正;贾斗南;;垂直向上圆管内的流动特性和临界热流密度研究[A];中国动力工程学会第三届青年学术年会论文集[C];2005年

相关重要报纸文章 前1条

1 彦黄;彦平;临界热流密度试验成功[N];中国矿业报;2003年

相关博士学位论文 前2条

1 郭锐;压力容器下封头外壁临界热流密度实验与机理性预测模型研究[D];上海交通大学;2015年

2 秋雨豪;受热平板上液体喷流沸腾临界热流密度的研究[D];上海交通大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 李冈;动载及加热方位对槽道内两相流临界热流密度的影响[D];南京航空航天大学;2014年

2 汪广怀;弧形表面临界热流密度数值研究[D];中国科学技术大学;2017年

3 宋军辉;逆载对矩形管道内汽水两相流临界热流密度的影响[D];南京航空航天大学;2017年

4 Jiang LinLin;新型制冷剂在水平微细管内流动沸腾热及临界热流密度特性研究[D];上海理工大学;2014年

5 石竟达;基于三维等结构的反应堆中子行为及传热耦合研究[D];上海电力学院;2018年

6 张静;极限干度现象区CHF机理研究[D];华中科技大学;2007年

7 庞乐;纳米结构表面高速喷流沸腾临界热流密度的实验研究[D];上海交通大学;2013年

8 程炜;纳米流体在矩形微槽内临界热流密度研究[D];华南理工大学;2010年

9 邹凌;圆管内向上流动的干涸试验研究[D];中国原子能科学研究院;2003年

10 陈文文;R134a在卧式螺旋管内的沸腾换热特性与临界热流密度特性研究[D];山东大学;2010年

本文编号：2742039