小型固态燃料球床熔盐堆堆芯入口流场优化设计

发布时间：2020-07-15 07:57

【摘要】：我国正处于钍基熔盐堆设计研究前期阶段,需要对该系统的每个结构进行细致地设计和分析,为后期项目建设做一定的准备工作和经验累积。堆芯入口设计是小型固态燃料熔盐堆热工水力设计内容之一,它对反应堆结构的稳定性,堆芯温度和流场分布有着非常重要的影响,因此有必要设计和优化反应堆堆芯入口的结构。本论文以小型固态燃料球床熔盐堆为研究对象,使用三维建模软件Gambit2.4.6建立TMSR-SF2堆芯入口三维几何模型,以计算流体力学软件ANSYS FLUENT16.0为主要研究工具,主要研究了下腔室下反射层熔盐流道结构变化,对堆芯入口流场分布、温度场及压损的影响。具体研究内容如下:第一,研究下反射层流道的流通面积变化对堆芯的热工水力特性影响:本文选择了6种不同流通面积占比的下反射层熔盐流道结构,分别取15%,12.5%,10.02%,7.5%,5%,0%,来研究反射层熔盐流道的流通面积变化对小型固体熔盐堆堆芯入口温度场,压降及流速的影响。分析结果表明,堆芯活性区熔盐最高局部热点温度随下反射层熔盐流道流通面积占比的增大而增高,堆芯入口内的压降随下反射层熔盐流道流通面积比的减小而增大,较小流通面积占比的下反射层熔盐流道有助于展平堆芯活性区的轴向温度分布,堆芯活性区熔盐平均速率保持稳定。第二,研究下反射层流道的孔道直径变化对堆芯的热工水力特性影响:本文选择了4种不同直径和间距的下反射层熔盐流道分布,分别为1.0 cm、1.5 cm、2.0 cm、2.5cm,来研究下腔室下反射层熔盐流道在不同直径和间距分布时对堆芯入口内熔盐流动特性和流场分布的影响。分析结果表明,堆芯熔盐局部热点温度随流道直径的减小而降低,堆内压降随流道直径的增大而降低,小孔径的流道可以使熔盐流道出口处的熔盐速度梯度变化更均一。第三,建立局部多孔介质堆芯模型和局部真实球床堆芯模型,比较两种模型在4种不同孔径下熔盐的速度场和动量变化规律,进一步分析比较这两种模型的局部堆芯流场区别。分析结果表明,熔盐从流道口冲入堆芯球床后,主要离流道出口近的1到4层球之间速度场扰动较大;在入口流速一定时,在局部球床堆芯和局部多孔介质中堆芯平均流速和动量会随孔径的增大而增加;相同孔径下,局部球床堆芯模型中的熔盐平均速度大于局部多孔介质模型中的熔盐平均流速。主要是在质量守恒时,相对流通面积小的球床模型计算熔盐流速较大。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL426

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本文编号：2756208