熔盐堆热管式非能动余热排出系统建模及程序开发

发布时间：2021-11-23 08:47

　　热管式非能动余热排出系统（HP-PRHRS）概念设计可有效提升熔盐堆非能动安全特性。基于HP-PRHRS结构和熔盐堆运行特点,建立了一套较为完整的数学物理模型,涵盖了熔盐堆堆芯物理热工耦合、高温热管和HP-PRHRS运行等。采用上述模型开发了HP-PRHRS分析程序PRAC,利用MSRE基准题和瞬态实验数据进行了对比验证。结果表明:PRAC程序计算值与基准题和实验结果吻合良好,证明了模型和程序的准确性。HP-PRHRS模型和PRAC程序能为后续开展HP-PRHRS深入设计提供模型和软件基础。 

【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(12)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

高温热管原理图

热管是一较为复杂的系统,原理图如图1所示。热管依靠由吸液芯毛细力驱动的气液两相自然循环完成热量传递,其工作过程包含了多种不同的传热形式和连续的相变过程,因此国际上尚未有准确获得热管内部瞬态特性分析解的理论模型。而实际应用关注的是高温热管的整体宏观性能,主要是热管传热过程中的功率和温度等关键参数。基于上述理念,本文采用热管热阻网络模型,进行高温热管的求解分析,大幅提升数值稳定性和计算效率。基于热管传热流程,可将热管的传热过程以热阻网络的形式表示。经合理简化后,最终的高温热管热阻网络模型如图2所示。图2中:热阻1和2分别为蒸发段管壁径向热阻和吸液芯径向热阻;热阻3和4分别为蒸发段和冷凝段的液环热阻;热阻5和6分别为冷凝段管壁径向热阻和吸液芯径向热阻;热阻7和8分别为绝热段管壁轴向热阻和吸液芯轴向热阻;Q为输入功率,W;T∞为环境温度,K。对于网络中的单个热阻控制体,有如下控制方程:

PRAC程序在运行求解中会同时涉及点堆中子动力学模型和系统热工水力模型,结合其余辅助模型,构成一套封闭的方程组。由于不同模型间时间量级差距较大,构成的方程组具有很大的刚性。针对这一问题,程序采用吉尔(Gear)算法进行方程组求解,确保数值计算的精确稳定。对于热管热阻网络模型建立的一阶常微分方程组,则采用高精度单步算法龙格库塔法(R-K法),选取区间上若干点的斜率进行加权平均,通过基于泰勒级数展开的待定系数法实现微分方程组的步进求解。3 程序及模型验证

【参考文献】：
期刊论文
[1]钍基熔盐堆核能系统[J]. 蔡翔舟,戴志敏,徐洪杰.  物理. 2016(09)
[2]未来先进核裂变能——TMSR核能系统[J]. 江绵恒,徐洪杰,戴志敏.  中国科学院院刊. 2012(03)

博士论文
[1]液态金属高温热管的理论和试验研究[D]. 冯踏青.浙江大学 1998



本文编号：3513533