| 题名 | 球床式氟盐冷却高温堆球床堆积规律研究 |
| 作者 | 陈兴伟 |
| 答辩日期 | 2020-05-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 蔡翔舟 |
| 关键词 | 球床 氟盐冷却高温堆 燃料球堆积结构 缩比实验 离散单元法 |
| 英文摘要 | 球床式氟盐冷却高温堆是第四代反应堆之一,结合了高温气冷堆和熔盐堆的优点,因具有较高经济性、本征安全性而备受推崇。堆芯中燃料球随机堆积形成的球床结构受熔盐流动、外力等因素影响发生变化而影响堆芯稳定性。目前针对球床堆积规律的实验和理论研究还不够充分,已有干燥环境中的球床堆积规律研究结果不适用于高温熔盐环境。开展液态环境下的堆芯球床规律的研究和模拟,是球床式氟盐冷却高温堆研发和工程建设中的一项重要内容。鉴于开展熔盐环境下的原型尺寸实验成本过高,本论文采用缩比实验同时结合DEM模拟基于TMSR-SF1堆型进行了球床规律研究。首先基于相似理论,采用聚丙烯塑料球和水模拟燃料球和熔盐,针对不同实验需求提出了适用的缩比方法,搭建了包括球循环模拟实验装置PRED、球床密实实验装置PBDE等在内的一系列模化缩小的实验装置。然后通过实验并结合DEM模拟研究了液体浮力场中影响球床特性的关键因素,获得了不同工况下球床堆积因子分布。研究中提出了底部装料上部卸料的方案设计并实验论证了方案的可行性。主要研究成果如下:正常工况下球床堆积规律研究表明:(1)球床式氟盐冷却高温堆平均堆积因子小于气冷堆0.6。TMSR-SF1堆芯(D=21d,H=30d)圆柱区堆积因子约为0.5849,整体平均堆积因子约为0.5745±0.0027,满装堆球数约为13918±65。(2)堆芯底部分流板与球床空隙过大,浮力场中加速度小和液体环境中碰撞恢复系数小也是球床堆积因子小于气冷堆的重要影响因素。为避免填充不满带来的不确定性,建议堆芯分流板角度≥45°。(3)进球口位置分布对球床底部形状有很大影响;调节进球速度和水流速度,可以使球床底部达到较为稳定平坦的堆积结构;随着球床高度增大和球床球径比增大,壁效应减弱,整体球床堆积因子趋于球床中心堆积因子。(4)在反应堆运行时,持续流体冲击影响较弱,球床较为稳定。此外,对于球床循环模拟实验表明分批装料难以形成稳定的轴向分区。事故工况下球床堆积规律研究表明:(1)堆芯结构及分流板的设计应尽量确保堆芯流场均匀,若堆芯入口有涡流存在,则会影响堆芯下端球床稳定性。(2)开泵瞬间对球床底部结构冲击较大,且液位降低至挡板以下后开泵会导致球床发生重排而导致堆积因子增大。(3)受振动等外力影响,堆芯球床迅速密实,在5min内堆积因子有5%左右的增幅,引入约2500pcm反应性。相比于水平振动,地震中首先发生的垂直振动对球床影响较小;弱振(S≤0.03)对球床影响较小。本论文通过开展模化缩比实验和DEM模拟,获得了正常工况和事故工况下球堆积和流动规律,研究表明球床在反应堆正常运行工况时具有较强稳定性,所提出的装卸料设计方案运行良好,研究结果为球床式氟盐冷却高温堆设计和优化分析提供了理论基础。今后计划考虑流固耦合作用,完善球床堆积的模拟程序,同时进一步完善模化分析方法和优化模化参数,搭建熔盐环境下的仿真实验台架并开展相关球床堆积实验,完成由模拟实验到验证性实验的过渡。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 124 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/32518]  |
| 专题 | 上海应用物理研究所_中科院上海应用物理研究所2011-2017年 |
| 作者单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈兴伟. 球床式氟盐冷却高温堆球床堆积规律研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2020. |
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