液态金属冷却快堆燃料元件的性能分析程序开发及应用

发布时间：2022-10-10 16:24

　　燃料元件是反应堆内的核心部件,保证其在正常工况下的可靠性及极端事故工况下的完整性是燃料元件设计的重要目标之一。因此,对其服役性能的分析是指导燃料元件设计、预测燃料元件服役寿命、保证反应堆安全运行的重要课题之。本文针对液态金属冷却快堆的棒状燃料元件开发了稳态性能分析程序“KMC-fuel”,用于模拟燃料元件在服役期间的热性能、力学性能及辐照性能演化,为液态金属冷却快堆燃料元件的设计及安全评价提供参考。KMC-fuel以燃料元件的热、力分析模块为主体框架,耦合服役期间的材料行为模型,搭建了一个多物理场耦合的性能分析程序。热分析方面,在轴对称径-轴平面内,联立结构内的固体导热方程及冷却剂对流方程,结合间隙及流体侧换热边界条件得到了描述燃料元件内热量输运过程的温度控制方程组。基于有限容积及有限差分方法,采用Gauss-Seidel线迭代算法数值求解离散后的代数方程组,从而得到燃料元件内的温度场分布。裂变气体释放是影响燃料元件热、力学性能演化的重要过程。KMC-fuel采用修正Booth球模型描述晶内气体扩散过程,基于URGAS算法求解非定常条件下的晶内气体释放;考虑晶间气体饱和及晶粒边界扫掠的... 

【文章页数】：124 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究对象
    1.4 本文主要内容
第2章 热性能分析
    2.1 热源
        2.1.1 功率
        2.1.2 燃耗
    2.2 固体导热
    2.3 间隙换热
        2.3.1 气体导热
        2.3.2 接触导热
        2.3.3 辐射传热
    2.4 流体换热
    2.5 数值算法
    2.6 本章小结
第3章 裂变气体行为
    3.1 裂变气体的产生
    3.2 裂变气体释放机制
        3.2.1 热无关机制
        3.2.2 热扩散机制
    3.3 裂变气体释放模拟
        3.3.1 晶内气体行为
        3.3.2 晶间气体行为
        3.3.3 气体释放及气腔压力
    3.4 本章小结
第4章 力学性能分析
    4.1 概述
    4.2 控制方程
        4.2.1 平衡方程
        4.2.2 几何方程与相容性方程
        4.2.3 本构方程
    4.3 边界条件
        4.3.1 芯块-包壳机械相互作用
    4.4 求解算法
    4.5 寿命分析
    4.6 本章小结
第5章 燃料元件性能分析
    5.1 材料行为及物性模型
        5.1.1 芯块
        5.1.2 包壳
        5.1.3 冷却剂
    5.2 燃料元件性能分析程序KMC-fuel开发
        5.2.1 程序架构及计算流程
        5.2.2 程序实现
    5.3 KMC-fuel程序验证
        5.3.1 热分析模块
        5.3.2 裂变气体释放模块
        5.3.3 力学分析模块
        5.3.4 实验数据对比
    5.4 M~2LFR-1000燃料元件性能分析
        5.4.1 M~2LFR-1000燃料元件设计参数
        5.4.2 网格划分
        5.4.3 结果分析
        5.4.4 安全评价
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 研究展望
参考文献
附录A 英文缩略及译文对照表
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料元件瞬态性能分析程序FTPAC验证及应用[J]. 韩智杰,季松涛,张应超.  原子能科学技术. 2014(S1)
[2]超临界水冷堆燃料棒性能分析程序适用性研究[J]. 邢硕,姚栋,尹春雨,庞华,涂晓兰.  核动力工程. 2013(01)
[3]水堆燃料元件性能分析及程序FROBA开发[J]. 杨震,苏光辉,田文喜,秋穗正.  原子能科学技术. 2012(05)
[4]实心圓柱体热应力的计算[J]. 温崇哲.  东北重型机械学院学报. 1986(01)

硕士论文
[1]快堆燃料棒寿命分析程序[D]. 黄晨.中国原子能科学研究院 2000



本文编号：3689964