弥散型核燃料热导率计算模型研究

发布时间：2021-10-07 12:13

　　弥散型燃料热导率是反应堆安全分析和燃料元件性能评估中的重要参数。本文基于多孔物体热导率理论,考虑基体中弥散颗粒分布相关性的影响,建立弥散型燃料热导率的计算模型,并初步验证了模型的合理性,在此基础上研究了孔隙率、燃料相体积分数以及燃料相/基体热导率比对弥散型燃料热导率的影响。结果表明:弥散型燃料热导率随燃料相体积分数和孔隙率的增加而降低;燃料相与基体热导率之比越大,燃料相体积分数对热导率的影响越小。 

【文章来源】：核动力工程. 2020,41(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

带有气孔基体的一个单胞Fig.1UnitCellofaPorousMatrix

42核动力工程Vol.41.No.5.2020存在对热导率的影响，可得到弥散型燃料热导率k的表达式：gfgfgfm111kk（7）pgg1mg2pg2111kPkPkPfff1mf2ff2111kPkPkP1.3.2燃料颗粒与气孔的分布完全相关假设燃料颗粒与气孔分布完全相关，可将燃料芯体视为燃料颗粒、气孔以及基体组成的弥散体，综合考虑它们对热导率的影响，与1.1节的分析类似，可得：g1f1fg1f1mkPkPk1PPk气孔管（8）类似地：gfm1kk（9）1.3.3考虑弥散相分布相关性的热导率考虑到燃料颗粒和气孔在基体中的相互影响，弥散型燃料的热导率（kd）为：dgfgfm1kCk(10)式中，C为反映燃料颗粒和气孔分布相关性的系数，0≤C≤l。1.4讨论（1）该模型可推广至多种弥散相弥散在基体中的情况，在计算中应考虑不同弥散相分布之间的相互影响。（2）根据1.1节中单胞热导率的推导，本文模型适用的弥散颗粒最大体积分数为：当R=L/2时，对应的体积分数为334π52.4%3RL。当体积分数大于52.4%时，颗粒分布不能满足图1所示的单胞假设，需考虑相关性的影响。2模型验证2.1U3Si-Al和U3Si2-Al燃料U3Si-Al和U3Si2-Al弥散型燃料在研究堆中应用广泛。文献[5]针对不同燃料相体积分数和孔隙率的U3Si-Al和U3Si2-Al弥散燃料，测量得到了其等效热导率。图2给出了热导率随弥散相（燃料+气孔）体积分数的变化趋势，其中Al基体热导率为224W·m-1·

任啟森等：弥散型核燃料热导率计算模型研究43散型燃料的铀装量，孔隙率则对辐照肿胀等性能有直接影响。对于不同的弥散型燃料而言，其燃料相和基体热导率可能会有较大差异。根据式（４），气孔等效热导率取决于其中气体热导率、气孔尺寸和壁面温度，通常都较小且变化幅度不大。根据本文的计算模型，对不同燃料相体积分数Pf、基体孔隙率Pg和燃料相/基体热导率比（kf/km）的弥散型燃料热导率进行了分析研究。图3和图4分别给出了燃料相体积分数和孔隙率对热导率的影响，图5为不同的kf/km情况下热导率随燃料相体积分数的变化，其中归一化热导率为弥散燃料热导率与基体热导率之比（k/km）。可以看出，弥散型燃料热导率随着燃料相体积分数和孔隙率的增加而降低，燃料相体积分数和孔隙率对热导率的影响趋势基本一致；kf/km越大，即燃料相与基体热导率越接近，弥散型燃料热导率随燃料相体积分数的变化越平缓，燃料相体积分数对热导率的影响越校图3不同孔隙率时热导率随燃料相体积分数的变化Fig.3ThermalConductivityasaFunctionofFuelVolumeFractionatDifferentPorosities图4不同燃料相体积分数时热导率随孔隙率的变化Fig.4ThermalConductivityasaFunctionofPorosityatDifferentFuelVolumeFractions图5不同kf/km时热导率随燃料相体积分数的变化Fig.5ThermalConductivityasaFunctionofFuelVolumeFractionatDifferentkf/km4结论基于多孔物体热导率的理论，建立了弥散型核燃料等效热导率计算的理论模型，并研究了孔隙率、燃料相体积分数、kf/km等关键设计参数对热导率的影响。结果表明?


本文编号：3422022