新型核動力推進裝置堆芯系統(tǒng)研究.pdf

1、本文通過對船舶推進系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)展方向和新技術(shù)的調(diào)研,提出了一種新型核動力推進裝置概念,用于水下運載器的推進.新型核動力推進裝置由微小型快中子堆、堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換元件、蒸汽引射式噴水推進器、超導(dǎo)磁流體推進器等主要設(shè)備組成.裝置由微小型快中子堆提供熱源,使用堿金屬熱電直接轉(zhuǎn)換設(shè)備和鈉熱管進行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞,采用超導(dǎo)磁流體推進和蒸汽引射式噴水推進相結(jié)合的方式共同完成推進任務(wù).這種推進系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的噪聲源,提高了能量利用效率,具有噪音低、安

2、全性好、操控簡單等特點,代表了未來艦船動力裝置的發(fā)展方向.作為新型核動力推進系統(tǒng)的重要組成部分,微小型鈹反射層鈉冷快中子堆的概念設(shè)計工作已經(jīng)由哈爾濱工程大學(xué)動力與核能工程學(xué)院321教研室和中國原子能科學(xué)研究院快堆理論室合作完成.作者參與了這項工作.本文將首先對這種堆型的概念設(shè)計方案進行介紹,然后在微小型鈹反射層鈉冷快中子堆概念設(shè)計的基礎(chǔ)上對它的堆芯特性進行研究和分析,以探討該堆型用于船舶推進系統(tǒng)的可行性和安全性.為了更好地完成這一工作,

3、本文首先建立了回路式鈉冷快中子堆堆芯物理和熱工流體力學(xué)分析的數(shù)學(xué)模型,并在此模型的基礎(chǔ)上運用Fortran語言編制了堆芯分析程序FRTRANS,使計算結(jié)果能夠詳細而正確的描述堆芯的運行工況.該程序能夠計算快中子堆穩(wěn)態(tài)運行和反應(yīng)性引入、失流等運行瞬變工況下的堆芯物理、熱工運行參數(shù).程序中還引入停堆保護計算模塊以模擬反應(yīng)堆事故停堆后的運行工況.通過替代計算和使用成熟程序NKF、DINROS對中國實驗快堆數(shù)據(jù)的驗證計算表明程序模型建立正確,計

4、算結(jié)果可靠,可以作為快中子堆堆芯和類似堆芯的分析工具.以FRTRANS程序為計算工具,本文對微小型鈹反射層鈉冷快中子堆堆芯的穩(wěn)態(tài)運行工況和典型瞬態(tài)工況進行了計算分析.文中還討論了該堆在典型反應(yīng)性引入事故和失流事故中的固有安全性以及停堆保護系統(tǒng)的作用,并對反應(yīng)性反饋系數(shù)進行了敏感性分析.在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上提出了概念設(shè)計的改進建議,使微小型鈹反射層鈉冷快中子堆的設(shè)計更加完善.本文提出的新型核動力推進裝置概念為船舶動力系統(tǒng)的發(fā)展開拓了新領(lǐng)域.