10MW固态燃料钍基熔盐堆稳态中子物理—热工耦合研究
陈家豪
学位类型硕士
导师朱智勇
2017
学位授予单位中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
关键词固态燃料 熔盐堆 物理-热工耦合 燃料球 Triso颗粒
摘要反应堆系统庞大而繁杂,其各组成部分根据多种学科的理论基础进行设计和建造,其中反应堆堆芯的设计和研究最为重要,而堆芯设计研究的两个主要方面即中子物理学研究和热工水力学研究。在探索中子物理与热工水力的复杂相互作用机制时,研究者开发了多种耦合方法和程序,得益于不断进步的计算能力和持续扩展的计算资源,这些耦合方法不断得到发展和完善。10MW固态燃料钍基熔盐堆是由上海应用物理研究所的研究团队提出的新型熔盐堆概念,对其关键技术的研究是实现熔盐堆自主开发的关键。针对该堆型堆芯的概念设计参数、技术特点及运行工况,本论文在中子输运计算程序MCNP5和计算流体力学商用软件ANSYS Fluent14.0的基础上,利用C++编程语言编写了用于传递耦合反馈数据的程序,完成了三维稳态物理-热工耦合计算,并利用耦合计算结果,使用Fluent有限体积法计算了固态燃料球及TRISO颗粒的温度分布。论文根据固态燃料钍基熔盐堆堆芯的主要设计参数及运行工况构建了相应的中子物理模型和热工模型,并通过简化TRISO颗粒结构和使用多孔介质模型等方法设计了高效率的计算方案;设计了将功率密度分布、冷却剂温度和密度作为耦合反馈数据,以有效增殖因子作为耦合计算收敛判据的耦合计算方案,并使用C++编程语言开发了用于传递耦合反馈数据的程序;针对TMSR-SF1设计开展了中子物理与热工水力耦合计算,讨论分析了中子物理参数和热工水力参数在耦合前后的差异;最后利用耦合计算结果计算了固态燃料球及TRISO颗粒温度分布。研究发现,耦合计算的引入对TMSR-SF1堆型的热工计算结果有显著影响:堆芯最高温度从初始化状态下的638.948℃增至640.643℃,增幅为1.695℃;堆芯内部冷却剂温度分布差异明显,耦合前后最大温度差为7.584℃,其出现位置为堆芯中心轴向高度1.5m。由于耦合前后温度的不同,导致堆芯中子物理参数如中子通量密度及功率密度分布出现不同程度的改变。对于燃料球及TRISO颗粒温度分布的计算显示,在初装堆运行工况下,6cm燃料球和3cm燃料球以及TRISO颗粒的工作温度均在许可的范围内,且中心与表面温度差值很小,能够确保燃料球的安全运行。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/27501
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
陈家豪. 10MW固态燃料钍基熔盐堆稳态中子物理—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),2017.
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