ADS上旋式无窗散裂靶模拟设计与热工流体特性研究
发布时间：2021-07-27 06:21
散裂靶是加速器驱动的次临界系统（ADS）中的关键耦合部件,决定着整体系统的功率水平,并维持着系统的安全性与稳定性。液态金属无窗散裂靶（简称无窗靶）在热输运性能方面具有潜在的优势,是适用于ADS的更为先进的候选靶型。无窗靶自由液面的形成方式影响着靶件内部的流场分布特性,进而决定了靶系统的功率水平。上旋式液态金属无窗散裂靶（简称上旋靶,UST）是一种新型的ADS无窗靶概念设计,它使用一个固定式叶轮产生上旋流,上旋流在离心作用下向外喷散而形成自由液面。本论文工作使用计算机辅助设计建模和计算流体力学分析相结合、数值模拟和实验验证相结合的研究方法,主要开展了新型上旋靶的模拟设计与热工流体特性研究。通过研究上旋靶结构型式和结构参数对自由液面下方滞止区的调控作用,确定了上旋靶优选靶型结构及参数,最终建立了优化设计靶型。相比于初始靶型,优化靶型具有更小的滞止区及更好的热输运性能。论文的主要研究内容如下:1、研究了上旋靶各功能段结构参数对靶件内部流场分布和滞止区分布的调控作用。针对起旋叶轮的分析表明,起旋叶轮对上旋靶流场分布的调控作用非常显著,叶轮中轴主要为导流作用,叶轮叶片主要为起旋作用。针对过渡段的...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
核废料“分离-嬗变”闭式循环策略Figure1.1Closedcyclestrategyofnuclearwastesbasedonpartitioningandtransmutation
??吣芮苛髦首邮?鞑⒑浠靼胁牧喜??高能散裂中子，驱动并维持次临界反应堆运行，可以嬗变长寿命、高放射性核素，而且具有固有安全性。国际经济合作与发展组织核能署的研究和评估认为，ADS具有更硬的中子能谱、更高的中子产额，因此ADS比快堆嬗变核废料的能力更强，焚烧核废料更彻底[16]。从核能可持续发展的战略地位看，快堆侧重于核燃料增殖，ADS侧重于核废料嬗变。过去几十年的研究表明，ADS具有固有安全性、强大的嬗变能力、良好的中子经济性，被国际科学界公认为最有前景和最有潜力的核废料处置技术途径[17-19]。图1.2ADS原理示意图Figure1.2SchematicdiagramofADS
第1章绪论7图1.3加拿大ING项目散裂靶概念设计Figure1.3SpallationtargetconceptualdesignofINGprojectinCanada该方案采用液态Pb-Bi合金作为工质，从靶段顶部侧面进入后向下流动，通过环形喷口后在壁面上形成液膜，流动到靶段中心处汇聚形成靶面，随后整体从底部出口流出。质子束从靶段顶部引入，垂直射入靶面并轰击下方的液态Pb-Bi而产生散裂中子。靶段顶部的束流管道直接与真空系统相连，以实现内部的真空状态。靶体周围有D2O慢化剂。该靶型为世界上首次提出的无窗靶方案，虽然项目并未推进到实施阶段，但是为后续设计提供了一种参考模式。在此后十几年时间内，国际上再无液态靶方案提出。直到1981年，以开发固态靶件为主的德国SNQ项目在一份技术报告中提出了三种备用的液态无窗靶方案，如图1.4所示[43]：图1.4SNQ项目靶件备用方案Figure1.4AlternativetargetdesignschemeofSNQproject
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年世界核电工业发展回顾[J]. 伍浩松,戴定. 国外核新闻. 2018(02)
[2]加速器驱动次临界系统——先进核燃料循环的选择[J]. 骆鹏,王思成,胡正国,徐瑚珊,詹文龙. 物理. 2016(09)
[3]Origin软件在等离子体发射光谱分析中谱线拟合的应用[J]. 王祥瑞,张勇,刘英,阎江涛. 冶金分析. 2015(11)
[4]New concept for ADS spallation target: Gravity-driven dense granular flow target[J]. YANG Lei,ZHAN WenLong. Science China（Technological Sciences）. 2015(10)
[5]直面挑战 追梦核裂变能可持续发展——“未来先进核裂变能——ADS嬗变系统”战略性先导科技专项及进展[J]. 中国科学院"未来先进核裂变能——ADS嬗变系统"战略性先导科技专项研究团队. 中国科学院院刊. 2015(04)
[6]上旋式无窗散裂靶件自由界面数值研究[J]. 曾月,顾汉洋,胡晨. 原子能科学技术. 2015(01)
[7]CFX中湍流模型用于分析超临界水传热的适用性评价[J]. 李捷,江光明,俞冀阳,于俊崇. 原子能科学技术. 2014(01)
[8]ADS无窗散裂靶铅铋合金两相流动过程模拟[J]. 刘捷,刘佰奇,张学智,杨磊,卢文强. 工程热物理学报. 2013(09)
[9]未来先进核裂变能——ADS嬗变系统[J]. 詹文龙,徐瑚珊. 中国科学院院刊. 2012(03)
[10]关于加速器驱动次临界系统（ADS）研发促进我国核能可持续发展的建议[J]. 中国科学院院刊. 2009(06)
博士论文
[1]ADS散裂靶中子学分析与设计优化[D]. 赵子甲.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]ADS液态无窗散裂靶件水力实验和数值研究[D]. 胡晨.上海交通大学 2013
[2]ADS无窗散裂靶件模拟实验与数值研究[D]. 苏冠宇.上海交通大学 2012
本文编号：3305260
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
核废料“分离-嬗变”闭式循环策略Figure1.1Closedcyclestrategyofnuclearwastesbasedonpartitioningandtransmutation
??吣芮苛髦首邮?鞑⒑浠靼胁牧喜??高能散裂中子，驱动并维持次临界反应堆运行，可以嬗变长寿命、高放射性核素，而且具有固有安全性。国际经济合作与发展组织核能署的研究和评估认为，ADS具有更硬的中子能谱、更高的中子产额，因此ADS比快堆嬗变核废料的能力更强，焚烧核废料更彻底[16]。从核能可持续发展的战略地位看，快堆侧重于核燃料增殖，ADS侧重于核废料嬗变。过去几十年的研究表明，ADS具有固有安全性、强大的嬗变能力、良好的中子经济性，被国际科学界公认为最有前景和最有潜力的核废料处置技术途径[17-19]。图1.2ADS原理示意图Figure1.2SchematicdiagramofADS
第1章绪论7图1.3加拿大ING项目散裂靶概念设计Figure1.3SpallationtargetconceptualdesignofINGprojectinCanada该方案采用液态Pb-Bi合金作为工质，从靶段顶部侧面进入后向下流动，通过环形喷口后在壁面上形成液膜，流动到靶段中心处汇聚形成靶面，随后整体从底部出口流出。质子束从靶段顶部引入，垂直射入靶面并轰击下方的液态Pb-Bi而产生散裂中子。靶段顶部的束流管道直接与真空系统相连，以实现内部的真空状态。靶体周围有D2O慢化剂。该靶型为世界上首次提出的无窗靶方案，虽然项目并未推进到实施阶段，但是为后续设计提供了一种参考模式。在此后十几年时间内，国际上再无液态靶方案提出。直到1981年，以开发固态靶件为主的德国SNQ项目在一份技术报告中提出了三种备用的液态无窗靶方案，如图1.4所示[43]：图1.4SNQ项目靶件备用方案Figure1.4AlternativetargetdesignschemeofSNQproject
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年世界核电工业发展回顾[J]. 伍浩松,戴定. 国外核新闻. 2018(02)
[2]加速器驱动次临界系统——先进核燃料循环的选择[J]. 骆鹏,王思成,胡正国,徐瑚珊,詹文龙. 物理. 2016(09)
[3]Origin软件在等离子体发射光谱分析中谱线拟合的应用[J]. 王祥瑞,张勇,刘英,阎江涛. 冶金分析. 2015(11)
[4]New concept for ADS spallation target: Gravity-driven dense granular flow target[J]. YANG Lei,ZHAN WenLong. Science China（Technological Sciences）. 2015(10)
[5]直面挑战 追梦核裂变能可持续发展——“未来先进核裂变能——ADS嬗变系统”战略性先导科技专项及进展[J]. 中国科学院"未来先进核裂变能——ADS嬗变系统"战略性先导科技专项研究团队. 中国科学院院刊. 2015(04)
[6]上旋式无窗散裂靶件自由界面数值研究[J]. 曾月,顾汉洋,胡晨. 原子能科学技术. 2015(01)
[7]CFX中湍流模型用于分析超临界水传热的适用性评价[J]. 李捷,江光明,俞冀阳,于俊崇. 原子能科学技术. 2014(01)
[8]ADS无窗散裂靶铅铋合金两相流动过程模拟[J]. 刘捷,刘佰奇,张学智,杨磊,卢文强. 工程热物理学报. 2013(09)
[9]未来先进核裂变能——ADS嬗变系统[J]. 詹文龙,徐瑚珊. 中国科学院院刊. 2012(03)
[10]关于加速器驱动次临界系统（ADS）研发促进我国核能可持续发展的建议[J]. 中国科学院院刊. 2009(06)
博士论文
[1]ADS散裂靶中子学分析与设计优化[D]. 赵子甲.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]ADS液态无窗散裂靶件水力实验和数值研究[D]. 胡晨.上海交通大学 2013
[2]ADS无窗散裂靶件模拟实验与数值研究[D]. 苏冠宇.上海交通大学 2012
本文编号：3305260
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