S-CO 2 冷却球床反应堆热工特性分析
发布时间：2022-01-23 02:46
为满足核能日益增长的多元化市场需求,具备多用途、小型化、模块化等显著特征的反应堆备受世界各国的青睐。在这样的背景下本文提出了一种超临界二氧化碳（S-C02）冷却的新概念球床反应堆（SC-MPBR）,不仅体积小、高度模块化,还有很高的热效率。针对SC-MPBR,本文进行了超临界二氧化碳布雷顿热力循环设计,给出了一种合理的直接循环方案,确定了循环热力参数,并做了初步的反应堆热工设计,为后续的CFD分析提供热工参数。在球床的局部结构CFD分析中,介绍了球床结构的网格划分技术,对比了接触点处理方法的影响。通过分析在不同燃料球分布方式下的接触点数目和位置对球床内部流动换热机理的影响来提出改善固定球床堆内单个燃料球表面温度分布的方法。对比CFD计算数据和KTA计算值,认为KTA在SC-MPBR的热工设计中是保守的。最后,本文介绍了大尺度、中尺度、和小尺度下的温度分布计算方法,改进了双温法（TTM）计算公式,提出了系数求解模型,从而可以通过理论计算得到更加精确的燃料球温度分布。并且介绍了燃料球的CFD建模方法,使用CFD模型计算的数据对TTM计算值进行校验,结果表明TTM计算方法有很高的精度且适用范...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１热力循环系统尺寸以及循环热效率比较??本文中Ｓ－Ｃ０２布雷顿热力循环采用如图２．２所示的再热再压缩循环方式，系统不仅??
参数的计算通常需要特定的关系式，避免线性插值带来误差。Ｃ０２在超临界状态下有很??大的密度，这使得能量转换系统有很小的体积且压缩机耗能很小。和氦气布雷顿循环相??比，Ｓ－Ｃ０２布雷顿循环可以在较小的堆芯出口温度获得与之相同的循环热效率，如图２．１。???１?６０％?－??Ｉ?５０％?ＣＯ〇＾－＾??＾４０％??Ｔ?§?３０％?当今循环麟率??蒸汽轮机（２５０?ＭＷｅ?）?？?２〇％?／??Ｗ?１０％?／??氦气轮机（３００?ＭＷｅ?）?／??０％???．??????????：??ｍ?＾?２００?３００?４００?５００?６００?７００?８００?９００?１０００??１９ｍ?Ｓ－Ｃ〇２气轮机（３００?ＭＷｅ）?祕出口酿（Ｘ?）??图２．１热力循环系统尺寸以及循环热效率比较??本文中Ｓ－Ｃ０２布雷顿热力循环采用如图２．２所示的再热再压缩循环方式，系统不仅??简单而且能够大幅提高循环热效率。Ｓ－Ｃ０２从堆芯进口进入吸收堆芯裂变产生的热量，??从堆芯出口进入气轮机做功，带动两个压缩机和发电机工作，气轮机排气首先进入高温??回热器，通过逆向循环的方式对准备进入反应堆的工质加热，同样采用逆向循环的方式??再进入低温丨＂］热器对从主压缩机流出的１：质进行加热。被两次冷却的Ｓ－Ｃ０２工质进行分??流，主流部分进入预冷器被降温然后进入七压缩机，Ｗ外？部分工质直接进入再压缩机??然后进入高温丨＂丨热器与经过低温回热的丨？：流汇合。汇合后的ｓ－ｃｏ２工质经过高温回热器??的回热再次进入反应堆进行新一轮的循环工作。??循环的热力参数需要依据核能系统的规模以及用途进行优化确定
?／??＼?Ｊ：ｌ?Ｉ：?：?Ｗ?／ｍ２ｍ??图２．３反应堆内部结构小？意图??反应堆结构设计阁部分参考文献［１３］，如图２．３所示，充分考虑将堆芯和气轮机一??体化，方便安装和运输并尽量减少管道衔接带来高压气体泄漏的可能性。堆芯组件和气??轮机根据需求模块化，如Ａ－Ａ截面所示。模块化不仅减小了建造周期，也减小了单个模??块承压管道的直径，减小了制造难度，增加了设备的安全性。各模块的布置不一定要采??用Ａ－Ａ截面所示方式，因为最中心的组件和其他组件不处于对称位置，势必会为ｆ调整??功率峰因子而多余采取一些措施，因此堆芯也可做成环形堆芯，增大换热面积。且整个??堆芯均采用金属材料，在事故状态下，可以通过导热和自然对流冷却堆芯。然而，要达??到这种设计固有安全，不仅要考虑堆芯正常运行性能，还要进行事故安全分析并进彳ｒｆｆｉ??环再设计以确定最终燃料组件的直径、高度以及整个堆芯内环和外环的半径等参数。山??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]随机填充球床通道内单相流动数值模拟方法研究[J]. 张楠,孙中宁. 核动力工程. 2013(04)
[2]超临界二氧化碳在核反应堆系统中的应用[J]. 黄彦平,王俊峰. 核动力工程. 2012(03)
[3]先进的规则床模块式高温气冷堆概念[J]. 田嘉夫. 核科学与工程. 2008(02)
本文编号：3603439
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１热力循环系统尺寸以及循环热效率比较??本文中Ｓ－Ｃ０２布雷顿热力循环采用如图２．２所示的再热再压缩循环方式，系统不仅??
参数的计算通常需要特定的关系式，避免线性插值带来误差。Ｃ０２在超临界状态下有很??大的密度，这使得能量转换系统有很小的体积且压缩机耗能很小。和氦气布雷顿循环相??比，Ｓ－Ｃ０２布雷顿循环可以在较小的堆芯出口温度获得与之相同的循环热效率，如图２．１。???１?６０％?－??Ｉ?５０％?ＣＯ〇＾－＾??＾４０％??Ｔ?§?３０％?当今循环麟率??蒸汽轮机（２５０?ＭＷｅ?）?？?２〇％?／??Ｗ?１０％?／??氦气轮机（３００?ＭＷｅ?）?／??０％???．??????????：??ｍ?＾?２００?３００?４００?５００?６００?７００?８００?９００?１０００??１９ｍ?Ｓ－Ｃ〇２气轮机（３００?ＭＷｅ）?祕出口酿（Ｘ?）??图２．１热力循环系统尺寸以及循环热效率比较??本文中Ｓ－Ｃ０２布雷顿热力循环采用如图２．２所示的再热再压缩循环方式，系统不仅??简单而且能够大幅提高循环热效率。Ｓ－Ｃ０２从堆芯进口进入吸收堆芯裂变产生的热量，??从堆芯出口进入气轮机做功，带动两个压缩机和发电机工作，气轮机排气首先进入高温??回热器，通过逆向循环的方式对准备进入反应堆的工质加热，同样采用逆向循环的方式??再进入低温丨＂］热器对从主压缩机流出的１：质进行加热。被两次冷却的Ｓ－Ｃ０２工质进行分??流，主流部分进入预冷器被降温然后进入七压缩机，Ｗ外？部分工质直接进入再压缩机??然后进入高温丨＂丨热器与经过低温回热的丨？：流汇合。汇合后的ｓ－ｃｏ２工质经过高温回热器??的回热再次进入反应堆进行新一轮的循环工作。??循环的热力参数需要依据核能系统的规模以及用途进行优化确定
?／??＼?Ｊ：ｌ?Ｉ：?：?Ｗ?／ｍ２ｍ??图２．３反应堆内部结构小？意图??反应堆结构设计阁部分参考文献［１３］，如图２．３所示，充分考虑将堆芯和气轮机一??体化，方便安装和运输并尽量减少管道衔接带来高压气体泄漏的可能性。堆芯组件和气??轮机根据需求模块化，如Ａ－Ａ截面所示。模块化不仅减小了建造周期，也减小了单个模??块承压管道的直径，减小了制造难度，增加了设备的安全性。各模块的布置不一定要采??用Ａ－Ａ截面所示方式，因为最中心的组件和其他组件不处于对称位置，势必会为ｆ调整??功率峰因子而多余采取一些措施，因此堆芯也可做成环形堆芯，增大换热面积。且整个??堆芯均采用金属材料，在事故状态下，可以通过导热和自然对流冷却堆芯。然而，要达??到这种设计固有安全，不仅要考虑堆芯正常运行性能，还要进行事故安全分析并进彳ｒｆｆｉ??环再设计以确定最终燃料组件的直径、高度以及整个堆芯内环和外环的半径等参数。山??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]随机填充球床通道内单相流动数值模拟方法研究[J]. 张楠,孙中宁. 核动力工程. 2013(04)
[2]超临界二氧化碳在核反应堆系统中的应用[J]. 黄彦平,王俊峰. 核动力工程. 2012(03)
[3]先进的规则床模块式高温气冷堆概念[J]. 田嘉夫. 核科学与工程. 2008(02)
本文编号：3603439
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