TRISO燃料颗粒等效导热系数理论模型研究
发布时间：2021-07-09 17:39
三层各向同性碳包覆（TRISO）燃料颗粒由核芯和4层包覆层组成,具有良好的裂变产物包容能力,其等效导热系数是计算弥散微封装燃料等效导热系数的重要基础。本文首先从球坐标下基本导热方程出发,基于多相固体宏观等效导热理论,建立了TRISO燃料颗粒等效导热系数理论计算模型;然后,结合固-固二元复合材料等效导热系数Chiew-Glandt模型分析了锆基微封装燃料（M3）芯体等效导热系数。结果表明,本文开发的模型可有效模拟TRISO燃料等效导热系数。基于开发的TRISO等效导热系数模型计算获得了全陶瓷微封装燃料（FCM）的等效导热系数。
【文章来源】：核动力工程. 2020,41(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
TRISO燃料颗粒示意图
体导热系数基于Snead模型计算得到[15]，并考虑了辐照的影响[16]。在此基础之上，基于本文开发的TRISO颗粒等效导热系数模型和固-固二元复合材料等效导热Chiew-Glandt模型，计算了不同填充率下FCM燃料等效导热系数。图4为UN燃料、SiC基体和TRISO颗粒等效导热系数随温度变化。可见，受SiC导热系数的影响，TRISO燃料颗粒等效导热系数都呈先增加后减少的变化趋势（图4b、图4c）。图5为不同TRISO燃料颗粒填充率下M3燃料（采用UN核芯）和FCM燃料的等效导热系数对比。可见，在温度较低（800K）和温度较高区图3弥散微封装燃料代表性特征单元几何模型Fig.3GeometricModelofDispersedFuelRepresentativeVolumeElement
钱立波等：TRISO燃料颗粒等效导热系数理论模型研究73aUN芯块bSiC基体cTRISO颗粒图4UN芯块、SiC基体、TRISO颗粒的等效导热系数Fig.4EffectiveThermalConductivityCoefficientofUNPellet,SiCMatrixandTRISOParticle图5FCM与M3燃料等效导热系数对比Fig.5ComparisonofEffectiveThermalConductivityCoefficientofFCMandM3域（>1300K），M3燃料等效导热系数均高于FCM燃料，但在采用弥散燃料的典型的三环路电厂反应堆稳态工况对应燃料芯体温度[17]范围内（800~1300K），FCM燃料等效导热系数显著高于M3燃料，即采用FCM燃料的堆芯储热较低，有利于降低大破口失水事故后果。此外，由图5可知，FCM燃料和M3燃料等效导热系数随着TRISO颗粒填充率的增加而降低，这是由于TRISO燃料颗粒等效导热系数远小于SiC基体（图4b、图4c）以及锆合金基体，当燃料颗粒填充率增加时，TRISO颗粒相体积增加，导致FCM燃料芯体和M3燃料芯体等效导热系数降低。4结论本文基于多相固体宏观等效导热理论，建立了TRISO燃料颗粒等效导热系数计算模型，并基于国内外理论模型、数值计算模型对TRISO燃料颗粒等效导热系数模型进行了验证，得到以下结论：（1）本文开发的TRISO燃料颗粒等效导热系数模型可有效模拟TRISO颗粒等效导热系数。在实际应用中，可首先确定考虑孔隙率、燃耗等影响因素的各层材料导热系数，随后根据本模型计算TRISO燃料颗粒等效导热系数。（2）对于FCM燃料，由于TRISO颗粒等效导热系数小于SiC基体，因此随着TRISO颗粒填充率增加，FCM燃料等效导热系数降低。（3）在大破口失水事故温度范围内，FCM燃料等效导热系数高于M3燃料。参考文献：[1]徐世江.高温气冷堆燃料元件发展现状和趋势[J].核动力工?
【参考文献】：
期刊论文
[1]固-固二元复合材料等效导热系数模型研究综述及评价[J]. 钱立波,余红星,孙玉发,邓坚,吴丹,李仲春,黄涛. 原子能科学技术. 2020(03)
[2]钍基氟盐冷却高温堆TRISO包覆燃料颗粒结构优化分析[J]. 房勇汉,蔡翔舟,陈金根,胡继峰,李晓晓,余呈刚,伍建辉,崔德阳. 核技术. 2019(08)
[3]锆基弥散微封装燃料等效传热系数数值模拟研究[J]. 李垣明,唐昌兵,余红星,陈平,周毅. 核动力工程. 2018(02)
[4]高温气冷堆燃料元件发展现状和趋势[J]. 徐世江. 核动力工程. 1994(06)
[5]多相固体的等效导热系数[J]. 张培源,严波. 重庆大学学报(自然科学版). 1989(06)
博士论文
[1]碳化硅基包覆型核燃料颗粒的氧化行为和热导性能研究[D]. 曹芳成.上海交通大学 2018
本文编号：3274184
【文章来源】：核动力工程. 2020,41(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
TRISO燃料颗粒示意图
体导热系数基于Snead模型计算得到[15]，并考虑了辐照的影响[16]。在此基础之上，基于本文开发的TRISO颗粒等效导热系数模型和固-固二元复合材料等效导热Chiew-Glandt模型，计算了不同填充率下FCM燃料等效导热系数。图4为UN燃料、SiC基体和TRISO颗粒等效导热系数随温度变化。可见，受SiC导热系数的影响，TRISO燃料颗粒等效导热系数都呈先增加后减少的变化趋势（图4b、图4c）。图5为不同TRISO燃料颗粒填充率下M3燃料（采用UN核芯）和FCM燃料的等效导热系数对比。可见，在温度较低（800K）和温度较高区图3弥散微封装燃料代表性特征单元几何模型Fig.3GeometricModelofDispersedFuelRepresentativeVolumeElement
钱立波等：TRISO燃料颗粒等效导热系数理论模型研究73aUN芯块bSiC基体cTRISO颗粒图4UN芯块、SiC基体、TRISO颗粒的等效导热系数Fig.4EffectiveThermalConductivityCoefficientofUNPellet,SiCMatrixandTRISOParticle图5FCM与M3燃料等效导热系数对比Fig.5ComparisonofEffectiveThermalConductivityCoefficientofFCMandM3域（>1300K），M3燃料等效导热系数均高于FCM燃料，但在采用弥散燃料的典型的三环路电厂反应堆稳态工况对应燃料芯体温度[17]范围内（800~1300K），FCM燃料等效导热系数显著高于M3燃料，即采用FCM燃料的堆芯储热较低，有利于降低大破口失水事故后果。此外，由图5可知，FCM燃料和M3燃料等效导热系数随着TRISO颗粒填充率的增加而降低，这是由于TRISO燃料颗粒等效导热系数远小于SiC基体（图4b、图4c）以及锆合金基体，当燃料颗粒填充率增加时，TRISO颗粒相体积增加，导致FCM燃料芯体和M3燃料芯体等效导热系数降低。4结论本文基于多相固体宏观等效导热理论，建立了TRISO燃料颗粒等效导热系数计算模型，并基于国内外理论模型、数值计算模型对TRISO燃料颗粒等效导热系数模型进行了验证，得到以下结论：（1）本文开发的TRISO燃料颗粒等效导热系数模型可有效模拟TRISO颗粒等效导热系数。在实际应用中，可首先确定考虑孔隙率、燃耗等影响因素的各层材料导热系数，随后根据本模型计算TRISO燃料颗粒等效导热系数。（2）对于FCM燃料，由于TRISO颗粒等效导热系数小于SiC基体，因此随着TRISO颗粒填充率增加，FCM燃料等效导热系数降低。（3）在大破口失水事故温度范围内，FCM燃料等效导热系数高于M3燃料。参考文献：[1]徐世江.高温气冷堆燃料元件发展现状和趋势[J].核动力工?
【参考文献】：
期刊论文
[1]固-固二元复合材料等效导热系数模型研究综述及评价[J]. 钱立波,余红星,孙玉发,邓坚,吴丹,李仲春,黄涛. 原子能科学技术. 2020(03)
[2]钍基氟盐冷却高温堆TRISO包覆燃料颗粒结构优化分析[J]. 房勇汉,蔡翔舟,陈金根,胡继峰,李晓晓,余呈刚,伍建辉,崔德阳. 核技术. 2019(08)
[3]锆基弥散微封装燃料等效传热系数数值模拟研究[J]. 李垣明,唐昌兵,余红星,陈平,周毅. 核动力工程. 2018(02)
[4]高温气冷堆燃料元件发展现状和趋势[J]. 徐世江. 核动力工程. 1994(06)
[5]多相固体的等效导热系数[J]. 张培源,严波. 重庆大学学报(自然科学版). 1989(06)
博士论文
[1]碳化硅基包覆型核燃料颗粒的氧化行为和热导性能研究[D]. 曹芳成.上海交通大学 2018
本文编号：3274184
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3274184.html
