磁约束聚变堆高增益包层热工安全分析
发布时间：2021-07-12 14:57
在磁约束聚变堆中,包层是实现能量转换和氣增殖的关键部件,为有效提高氣增殖比和能量放大倍数,课题组提出了一种采用天然铀作为中子倍增剂的高增益包层方案,该包层还可在同等核功率条件下减少氚消耗、降低对结构材料抗辐照性能的要求,具有良好的应用场景。同时,裂变材料的引入也带来了余热安全问题,为确保包层在各种运行工况和典型事故工况下的安全性能满足设计要求,有必要开展相应的热工安全分析。本文基于高增益包层结构-物理设计方案,采用系统分析程序RELAP5和计算流体力学软件FLUENT对该包层全包层尺度的热工安全特性进行了计算和分析研究,具体工作如下:首先利用RELAP5程序,针对高增益包层内部管道密集、流动传热结构复杂的特点,对单个包层的燃料区建模方法进行了详细的研究,提出了两种建模方式,随后完成了第一壁-产氚区的建模。随后,通过修改热构件模型,加入等效的材料热导率,实现了两套冷却系统间的热量传导,并完成了单个包层模块的建模及稳态验证。将所有的包层模块模型接入总回路,建立起完整的全堆模型。经过调试,模型在稳态运行时的各项热工水力参数与设计值最大偏差小于0.4%。随后选取了燃料区回路全部失流、燃料区回路...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２高增益包层总体结构设计??
２．２．１包层总体结构??按照ＣＦＥＴＲ的结构接口参数，确定了高增益包层通过背板式支撑结构安装到屏蔽??包层上，屏蔽包层再固定于真空室的双层壳式壁结构的总体结构设计，如图２．２所示。??包层在底部的偏滤器和顶部的连接部分分开，沿径向分为内、外两个部分，内侧部分??沿环向３６０°被分为３２瓣，外侧部分沿环向３６０°被分为４８瓣。如果根据真空壳上的??开窗口数量将真空壳和包层沿环向分为相同数量的扇区，则将有１６个相同的扇区结构??（Ｄ字形部件），每个扇区的环向张角为２２．５°，每个扇区内沿环向有２瓣内包层和３??瓣外包层，每个扇区包含上、中和下窗口各１个。??，—ｒｒ１？＇?■，??图２．２高增益包层总体结构设计??为了适应装置内空间
图２．５?１／４包层截面图??的物理性能考量指标主要由３个，分别是氣增殖比ＴＢＲ、能量殖比Ｆ／Ｂ，它们的具体定义如下：??比（ＴＢＲ）??应聚变堆，通过中子与氣增殖剂锂反应实现氚的供给，６Ｌｉ和７Ｌｉ?＋?Ｔ?＋?＾［４．７８４ｅＦ］?（２－１）???＋?Ｔ?＋?ｎ＇＋Ｑ?［－２．４６７ｅ?Ｖ］?（２－２）??和Ｑ分别表示中子、ｃｔ粒子和反应能。??式如下：??Ｔ７＝＼＼＜ｐ．Ｚ（ｎＭ）ｒ?ｄＥｄＶ?＋Ｊ｜?（ｊ）?碎?ｄＥｄＶ?（３－３）??７分别是６Ｌｉ和７Ｌｉ反应产生的氣。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高氚增殖比包层的设计及热工水力分析[J]. 王少华,郭海兵,马纪敏,刘志勇,曾和荣,丁文杰,黄洪文. 原子能科学技术. 2017(12)
[2]基于压水堆工况下CFETR水冷包层的增殖区破口事故初步分析[J]. 杨枭,赵平辉,葛志浩,李远杰,聂星辰,刘佳明. 中国科学技术大学学报. 2017(06)
[3]次临界能源堆全厂断电事故研究[J]. 张大彬,解衡,周志伟. 核动力工程. 2015(06)
[4]基于RELAP5的双功能液态锂铅实验包层模块安全分析[J]. 李伟,田文喜,秋穗正,苏光辉. 原子能科学技术. 2013(11)
[5]CPR1000全厂断电事故瞬态特性分析[J]. 张亚培,田文喜,秋穗正,苏光辉. 原子能科学技术. 2011(09)
[6]对中国能源问题的思考[J]. 江泽民. 上海交通大学学报. 2008(03)
[7]我国超导托卡马克的现状及发展[J]. 李建刚. 中国科学院院刊. 2007(05)
[8]先进堆非能动余热排出系统应对全厂断电事故的能力分析[J]. 沈瑾,江光明,唐钢,余红星. 核动力工程. 2007(02)
[9]磁约束聚变堆及ITER实验包层模块设计研究进展[J]. 吴宜灿,王红艳,柯严,汪卫华,陈红丽,刘松林,黄群英,FDS团队. 原子核物理评论. 2006(02)
[10]Thermal-Hydraulic System Study of the Helium Cooled Pebble Bed （HCPB） Test Blanket Module （TBM） for ITER Using System Code RELAP5[J]. 金雪舟,R.Meyder. Plasma Science & Technology. 2005(02)
硕士论文
[1]CFETR水冷固态包层瞬态与典型事故的热工水力分析[D]. 崔青蓝.中国科学技术大学 2018
[2]核电站稳压器机理建模分析及控制研究[D]. 许志斌.华南理工大学 2016
[3]RELAP5计算低压自然循环流动适用性验证与分析[D]. 雷文静.哈尔滨工程大学 2016
[4]CFETR氦冷固态包层第一壁设计优化与瞬态热工安全分析[D]. 刘倩雯.中国科学技术大学 2015
[5]基于OVATION的AP1000核电站稳压器控制方法研究[D]. 方久春.哈尔滨工程大学 2011
本文编号：3280128
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２高增益包层总体结构设计??
２．２．１包层总体结构??按照ＣＦＥＴＲ的结构接口参数，确定了高增益包层通过背板式支撑结构安装到屏蔽??包层上，屏蔽包层再固定于真空室的双层壳式壁结构的总体结构设计，如图２．２所示。??包层在底部的偏滤器和顶部的连接部分分开，沿径向分为内、外两个部分，内侧部分??沿环向３６０°被分为３２瓣，外侧部分沿环向３６０°被分为４８瓣。如果根据真空壳上的??开窗口数量将真空壳和包层沿环向分为相同数量的扇区，则将有１６个相同的扇区结构??（Ｄ字形部件），每个扇区的环向张角为２２．５°，每个扇区内沿环向有２瓣内包层和３??瓣外包层，每个扇区包含上、中和下窗口各１个。??，—ｒｒ１？＇?■，??图２．２高增益包层总体结构设计??为了适应装置内空间
图２．５?１／４包层截面图??的物理性能考量指标主要由３个，分别是氣增殖比ＴＢＲ、能量殖比Ｆ／Ｂ，它们的具体定义如下：??比（ＴＢＲ）??应聚变堆，通过中子与氣增殖剂锂反应实现氚的供给，６Ｌｉ和７Ｌｉ?＋?Ｔ?＋?＾［４．７８４ｅＦ］?（２－１）???＋?Ｔ?＋?ｎ＇＋Ｑ?［－２．４６７ｅ?Ｖ］?（２－２）??和Ｑ分别表示中子、ｃｔ粒子和反应能。??式如下：??Ｔ７＝＼＼＜ｐ．Ｚ（ｎＭ）ｒ?ｄＥｄＶ?＋Ｊ｜?（ｊ）?碎?ｄＥｄＶ?（３－３）??７分别是６Ｌｉ和７Ｌｉ反应产生的氣。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高氚增殖比包层的设计及热工水力分析[J]. 王少华,郭海兵,马纪敏,刘志勇,曾和荣,丁文杰,黄洪文. 原子能科学技术. 2017(12)
[2]基于压水堆工况下CFETR水冷包层的增殖区破口事故初步分析[J]. 杨枭,赵平辉,葛志浩,李远杰,聂星辰,刘佳明. 中国科学技术大学学报. 2017(06)
[3]次临界能源堆全厂断电事故研究[J]. 张大彬,解衡,周志伟. 核动力工程. 2015(06)
[4]基于RELAP5的双功能液态锂铅实验包层模块安全分析[J]. 李伟,田文喜,秋穗正,苏光辉. 原子能科学技术. 2013(11)
[5]CPR1000全厂断电事故瞬态特性分析[J]. 张亚培,田文喜,秋穗正,苏光辉. 原子能科学技术. 2011(09)
[6]对中国能源问题的思考[J]. 江泽民. 上海交通大学学报. 2008(03)
[7]我国超导托卡马克的现状及发展[J]. 李建刚. 中国科学院院刊. 2007(05)
[8]先进堆非能动余热排出系统应对全厂断电事故的能力分析[J]. 沈瑾,江光明,唐钢,余红星. 核动力工程. 2007(02)
[9]磁约束聚变堆及ITER实验包层模块设计研究进展[J]. 吴宜灿,王红艳,柯严,汪卫华,陈红丽,刘松林,黄群英,FDS团队. 原子核物理评论. 2006(02)
[10]Thermal-Hydraulic System Study of the Helium Cooled Pebble Bed （HCPB） Test Blanket Module （TBM） for ITER Using System Code RELAP5[J]. 金雪舟,R.Meyder. Plasma Science & Technology. 2005(02)
硕士论文
[1]CFETR水冷固态包层瞬态与典型事故的热工水力分析[D]. 崔青蓝.中国科学技术大学 2018
[2]核电站稳压器机理建模分析及控制研究[D]. 许志斌.华南理工大学 2016
[3]RELAP5计算低压自然循环流动适用性验证与分析[D]. 雷文静.哈尔滨工程大学 2016
[4]CFETR氦冷固态包层第一壁设计优化与瞬态热工安全分析[D]. 刘倩雯.中国科学技术大学 2015
[5]基于OVATION的AP1000核电站稳压器控制方法研究[D]. 方久春.哈尔滨工程大学 2011
本文编号：3280128
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