混合能譜超臨界水冷堆堆芯熱工與物理性能的研究.pdf

1、作為第四代核能系統(tǒng)中唯一的水冷堆,超臨界水冷堆(Super-CriticalWater-cooled Reactor,簡稱SCWR)在經(jīng)濟(jì)性、經(jīng)驗(yàn)延續(xù)性、技術(shù)成熟性和可持續(xù)性等方面有它獨(dú)特的優(yōu)勢。國際核能界對超臨界水冷堆開展了大量的研究工作,提出多種堆芯預(yù)概念設(shè)計(jì),但這些設(shè)計(jì)都是基于單一的熱譜或快譜堆芯。
　　 針對國際研發(fā)現(xiàn)狀,本文通過以下的技術(shù)路線開展論文的研究:開發(fā)并驗(yàn)證計(jì)算工具--進(jìn)行組件性能優(yōu)化--提出堆芯設(shè)計(jì)方案并優(yōu)

2、化--得到改進(jìn)設(shè)計(jì)。在研究內(nèi)容上從開發(fā)堆芯、燃料組件核熱耦合分析工具入手,進(jìn)行了熱工子通道程序和中子物理計(jì)算程序的二次開發(fā),并實(shí)現(xiàn)了兩者的耦合。在組件設(shè)計(jì)方面,率先提出了熱譜雙排燃料組件設(shè)計(jì)和快譜多層燃料組件設(shè)計(jì)理念,并對其設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。在堆芯設(shè)計(jì)方面,基于對熱譜、快譜堆芯互補(bǔ)性的分析,提出了一種新概念的超臨界水冷堆堆芯設(shè)計(jì)理念--混合能譜超臨界水冷堆堆芯設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)在不同區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了中子能譜的不同,在繼承了超臨界熱譜、快譜堆芯優(yōu)

3、點(diǎn)的同時(shí),克服了兩者的不足。
　　 論文的主要工作包括:
　　 1.燃料組件、堆芯分析計(jì)算工具的開發(fā)與初步驗(yàn)證:(1)開發(fā)了能適用于超臨界水冷堆組件分析的子通道程序COBRA-SC,結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對該程序進(jìn)行了驗(yàn)證；(2)基于SKETCH-N程序,二次開發(fā)了不連續(xù)因子模型、精細(xì)功率重構(gòu)模型,并對程序的功率計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證；(3)實(shí)現(xiàn)了COBRA-SC程序與SKETCH-N程序的耦合,能夠?qū)ΤR界水冷堆不同燃耗條件下的穩(wěn)態(tài)

4、問題進(jìn)行求解。
　　 2.熱譜燃料組件性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究:(1)以均勻慢化理念為指導(dǎo),提出超臨界水冷堆熱譜雙排組件；(2)對熱譜雙排組件的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,得出雙排組件優(yōu)化后的設(shè)計(jì)作為堆芯的熱譜組件。優(yōu)化后熱譜組件設(shè)計(jì)參數(shù)范圍為:燃料棒直徑7～8mm,柵徑比1.15～1.20。
　　 3.快譜燃料組件的性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究:(1)提出并驗(yàn)證軸向上布置再生區(qū)與裂變區(qū)的多層組件設(shè)計(jì)的可行性；(2)對快譜組件的軸向不

5、同分層進(jìn)行優(yōu)化,得出性能較優(yōu)的分層結(jié)構(gòu)；(3)對多層組件進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì),作為堆芯的快譜組件。優(yōu)化后快譜組件為軸向11層分布,燃料棒直徑7.5～8mm,柵徑比1.15～1.20。
　　 4.混合能譜超臨界水冷堆堆芯的性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究:(1)對熱譜區(qū)、快譜區(qū)燃料組件進(jìn)行選取與匹配,提出初步的堆芯設(shè)計(jì)方案:(2)應(yīng)用耦合分析工具對參考堆芯設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算評估,提出若干種改善參考堆芯設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行嘗試；(3)對不同的堆芯布置進(jìn)行