基于MCNPX与Fluent的液态钍基熔盐堆物理热工耦合研究
何杰
学位类型硕士
导师夏晓彬
2016
学位授予单位中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
关键词熔盐堆 物理热工耦合 Mcnpx Fluent
摘要反应堆堆芯中子和热工水力的相互作用被称作热反馈或者反应性反馈,是分析堆芯物理现象的基础。因此,反应堆物理热工耦合对揭示堆芯物理特性具有重要意义。一方面,热工水力计算需要堆芯物理模型计算得到功率分布;另一方面,反应堆物理计算需要热工水力提供材料的密度、温度等参数信息。对于液态熔盐堆而言,熔盐温度和密度的变化、慢化剂石墨温度的变化、中子截面的变化等都存在着相互影响。因此,有必要对熔盐堆进行耦合计算。2011年,中国科学院启动了“未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统”战略先导专项,2MWth液态钍基熔盐堆TMSR-LF1(liquid-fueled molten salt experimental reactor,TMSRLF1)是发展堆型之一,也是掌握熔盐堆关键技术的第一步。对其进行耦合计算分析,有助于反应堆的安全性评估和优化设计,为未来熔盐堆设计提供参考。本文以成熟可靠的蒙特卡罗软件MCNPX和计算流体软件Fluent,自主开发了耦合程序,实现了反应堆物理和热工的耦合计算。同时,基于现阶段2MWth液态钍基熔盐堆TMSR-LF1的概念设计,开展堆芯的耦合计算,并完成了主屏蔽温度场分析。对比非耦合和耦合的计算结果,发现两种方法计算的堆芯活性区域径向温度分布存在明显差异。非耦合计算的径向温度分布均匀,耦合计算的径向温度沿径向具有一定的分布。同时,提出堆芯优化方案,其优化效果明显。另外,利用耦合程序中MTF模块对主屏蔽温度场分析,发现在模拟环境温度范围内该设计均满足对主屏蔽的温度要求。本文的结构以及主要内容如下:第一章:绪论。介绍了熔盐堆的起源、发展历史以及现状,简述了国内外反应堆物理计算和热工计算耦合研究现状,同时提出本课题的主要研究内容。第二章:中子输运和计算流体力学。介绍了反应堆物理计算方法和流体力学计算方法,探讨了MCNPX和Fluent运用于熔盐堆耦合计算的可行性。第三章:耦合机理及过程。根据反应堆物理热工反馈作用的物理机制,开发了实现蒙特卡罗软件MCNPX和流体力学计算软件Fluent数据交换的耦合程序。探讨耦合计算中裂变沉积能量与功率密度的转换、Fluent批处理方式运行、用户自定义函数加载功率、核反应截面库更新等程序的实现方法。选取熔盐堆单个熔盐通道作为计算对象,采用自主开发的耦合程序进行模拟计算,分析轴向划分区域对熔盐堆通道关键参数的影响,为堆芯耦合计算提供参考。第四章:2MWth液态钍基熔盐实验堆耦合计算。根据现阶段2MWth液态钍基熔盐堆TMSR-LF1概念设计的堆芯参数,通过耦合软件MCNPX和Fluent,计算堆芯活性区域有效增殖因子随耦合次数的变化、中子通量密度分布、功率密度分布、温度分布等关键参数,并将其与非耦合计算结果比较,分析耦合计算的影响。另外,对含有上下腔室的堆芯进行耦合计算,并对其进行优化,优化效果明显,为未来熔盐堆优化提供参考。同时,建立熔盐堆TMSR-LF1全堆的八分之一模型,计算环境温度为5°C、18°C、25°C、30°C、35°C、40°C下反应堆正常运行时的主屏蔽温度场,结果表明该设计满足对主屏蔽温度的要求。第五章:总结与展望。总结论文的主要研究工作,提出未来需要完善的地方。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/26106
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
何杰. 基于MCNPX与Fluent的液态钍基熔盐堆物理热工耦合研究[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所),2016.
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