核动力工程

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于沛, 侯婷, 赵伟光

2022, 43(S2): 1-6. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0001

摘要(193) HTML (71) PDF(47)

摘要:
针对电厂设备冷却水等冷链系统的设计余量大、冬季供水温度低等问题，提供了一套创新设计方法，该方法可用于在总体设计阶段确定系统配置和运行方案。首先基于系统热平衡的基本原理，建立热工评估模型；基于满足安全和运行条件下尽可能提高经济性的指导思想，建立经济性评估模型；然后基于优化设计的基本原理，开发多目标优化算法及分析程序；最后应用上述程序处理系统设计中的多目标优化问题，最终实现系统方案评估。给出了华龙一号设备冷却水系统优化评估结果，使电厂经济性明显提高；突破传统过于依赖设计经验、定量分析不充分的单线设计流程；在多专业、多变量设计方案调整及参数优化时，采用软件决策辅助人工决策，缩短设计耗时、提高准确度。

谱移吸收材料在特殊临界安全中的应用研究

高剑, 苏毅, 赵润喆, 郭键

2022, 43(S2): 7-12. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0007

摘要(212) HTML (92) PDF(22)

摘要:
特殊临界安全是空间反应堆（尤其是快中子堆）设计中需要重点考虑的问题，快中子空间反应堆一旦发生发射掉落事故掉入水、干沙或湿沙中，中子慢化能力增强，反应性上升，可能会导致反应堆发生临界安全事故，设计时需确保反应堆在各类掉落事故工况下始终保持次临界。谱移吸收材料（SSA）是一种共振能区中子比快中子能区中子吸收截面大得多的材料，将其应用于快中子空间反应堆中可以显著提升反应堆的临界安全性。以液态金属回路冷却快中子空间反应堆为研究对象，采用蒙特卡罗方法的MCNP程序建模计算，对梳理出来的5种SSA材料性能及湿沙含水量对于事故反应性的影响进行分类量化研究，以指导反应堆的特殊临界安全设计。研究结果表明，SSA材料的堆内使用及合理布置解决了反应堆的特殊临界安全问题。本研究成果可为后续相关堆型的临界安全设计提供有益参考。

铅铋螺旋管壳侧流动传热数值模拟研究

沈聪, 刘茂龙, 刘利民, 徐子伊, 顾汉洋

2022, 43(S2): 13-18. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0013

摘要(228) HTML (69) PDF(37)

摘要:
为研究铅铋螺旋管式直流蒸汽发生器（H-OTSG）壳侧的流动传热特性，提出了一种用于螺旋管束内铅铋流动传热特性的数值模拟方法。基于现有的相关实验数据，对不同湍流模型进行了验证，在验证数值模型可靠性的基础上，对铅铋H-OTSG壳侧进行数值模拟，以分析流速和螺旋升角对其传热和阻力特性的影响。结果表明，H-OTSG壳侧流动阻力和换热均随流速和螺旋升角的增大而增强。流速增大会显著增强流场均匀性，螺旋升角增大会影响涡旋分布并加强交混。本研究为铅铋螺旋管流动传热特性研究和设计优化提供参考。

同位素热光伏系统辐射场分布及衰减率研究

韩西龙, 芦明宇, 杨爱香, 邵剑雄, 李宁, 韩承志, 田岱, 陈熙萌, 邱家稳

2022, 43(S2): 19-27. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0019

摘要(297) HTML (82) PDF(35)

摘要:
开展深空、深海探测任务必须解决长周期能源供给问题，同位素热光伏电源（RTPV）系统是重要的解决方案之一，RTPV系统性能衰减研究是开展工程化设计的基础。本工作系统地计算了250 W ²³⁸PuO₂通用热源（GPHS）的功率衰减情况，利用蒙特卡洛方法模拟了RTPV系统内部的辐射场分布，最终结合国外相关实验得到RTPV系统的衰减率。当电池系统服役20 a时，热功率下降导致系统转换效率下降的年衰减率为0.5%；富氧情况下²³⁸PuO₂源产生的中子辐照导致GaSb晶元转换效率下降的年衰减率为0.7%；综合考虑功率衰减及中子辐照影响，RTPV系统的年衰减率为1.2%。

位错线与铁素体/氧化铁两相界面交互作用的原子模拟

朱笔达, 于新洋, 李政, 何曼如

2022, 43(S2): 28-32. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0028

摘要(464) HTML (191) PDF(15)

摘要:
氧化铁是包含铁素体相的核级钢材（如低合金钢与铁素体-马氏体双相钢）在高温环境下常见的表面氧化物和内部析出物。正确认识氧化铁对钢材微观变形机制的影响对设计运行温度较高的先进核能系统的安全评估有重要意义。本文采用分子动力学方法研究了温度对铁素体中的刃型位错与铁素体/氧化铁两相界面的交互作用的影响。计算结果表明，在10~900 K的温度范围内，刃型位错均无法穿透铁素体/氧化物两相界面，而只引起两相之间发生一定程度的相互剪切变形。随着温度的上升，位错与界面接触点附近的应力集中程度随之升高，另外界面间剪切变形量也同时增高。以上结果对于高温环境下低合金钢和铁素体-马氏体双相钢的断裂失效分析有一定的指导意义。

低流量单相工况下倒U型管蒸汽发生器内倒流现象的数值模拟研究

张锐, 吴奇, 马在勇, 楚涛, 张卢腾, 唐瑜, 孙皖, 潘良明

2022, 43(S2): 33-39. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0033

摘要(261) HTML (148) PDF(46)

摘要:
针对倒U型管蒸汽发生器（UTSG）中的单相倒流现象实验结果，采用三维计算流体力学（CFD）数值模拟的方法对实验段的一次侧和二次侧进行等比例建模，选取Realizable k-ε模型进行湍流计算，完成了网格独立性验证。将数值模拟结果与实验数据进行对比发现计算值与实验值吻合良好。同时对热工参数的影响进行研究，研究结果表明：临界流速随UTSG一次侧入口温度的升高以及二次侧温度的降低而增大；一次侧操作压力对临界流速的影响很小。

基于Comsol的钠电磁泵电磁分析校核计算与设计优化

徐帅, 王冲, 陈树明, 余华金, 孟雷, 艾长军

2022, 43(S2): 40-46. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0040

摘要(186) HTML (70) PDF(26)

摘要:
为提高电磁泵设计效率，解决电磁泵电磁设计和性能分析的难点，用Comsol multiphysics软件对电磁设计部分进行校核计算，将电磁模块和流体模块进行耦合计算，计算结果和钠回路性能实验结果相吻合，证明了计算结果的可靠性。并且，计算分析了影响电磁泵性能的关键参数，提出了优化方案，通过减小齿宽、增大钠流道厚度、减小泵沟内外壁厚度等措施，使得泵的长度减小、体积减小、效率增加，优化后的效率提高110%。

基于交叉比较的RTD降级检测算法研究

蔡宛睿, 张中祥, 王超, 尹继超

2022, 43(S2): 47-52. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0047

摘要(120) HTML (40) PDF(17)

摘要:
为了实现核电厂热电阻（RTD）原位性能测试，减小测试误差，提高测试结论的准确性，降低测试成本，研究开发出一种基于交叉比较的RTD降级检测算法，包括温场不稳定性修正算法和温度不一致性修正算法，并用于降级RTD的修正算法。以某核电机组大修数据为基础进行验证，结果表明，该算法可以减少核电厂运行寿期内RTD判定的工作量和成本，提高RTD判定的准确度，同时还可以为仪表寿期老化研究提供输入。因此，本研究开发的RTD降级检测算法能够用于核电机组RTD性能判定。

基于热阻网络法的热管导热性能分析

崔迎欢, 徐建军, 谢添舟, 周慧辉

2022, 43(S2): 53-59. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0053

摘要(513) HTML (107) PDF(107)

摘要:
为了获得热管温度、传输功率等导热特性，基于热阻等效理论建立了考虑蒸汽腔区域传热的二维热管热阻网络模型，获得了热管瞬态及稳态传热性能，并与文献及本文实验数据进行了对比验证，其绝热段平均温度最大相对误差为7.6%。研究结果表明，模型对文献钠工质热管及本文水工质热管实验数据具有较高的计算精度；热管轴向各段温度均匀性较好，吸液芯径向热阻是热管导热热阻的主要影响因素；热管工作温度与传输功率随冷源参数变化趋势相反，热管传输热量是一个自适应的动态调节过程。因此，热阻网络模型可以作为实验分析和热管设计的工具，同时还可以进一步扩大工况研究范围，获得边界条件对热管传热过程的影响规律，进一步为多应用场景下热管设计提供参考。

预测性维修技术在核电厂的应用研究

尚宪和, 曾春, 李蔚

2022, 43(S2): 60-66. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0060

摘要(196) HTML (33) PDF(44)

摘要:
为保障核电厂机组的安全稳定经济运行，核电企业逐步引入基于设备状态的预测性维修（PdM）。本文基于某核电厂的生产实践，对PdM技术的发展应用情况及在核电厂实际应用过程中面临的挑战进行了探讨，指出考虑到核设备的复杂性和特殊性，在应用PdM技术时，应根据设备的分级情况、设备失效机理和PdM技术自身的成熟度合理选择不同的维修策略；同时还应注意收集和分析设备的数据信息以便优化PdM技术，从而获得满意的设备管理结果。

难加工含硼不锈钢热变形行为与机制研究

李永旺, 何雪溢, 王馨敏, 郭振, 吴裕, 刘海涛

2022, 43(S2): 67-73. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0067

摘要(171) HTML (65) PDF(24)

摘要:
硼在钢中的固溶度较低，采用熔铸法制备的含硼不锈钢在凝固过程中容易形成大量粗大硬脆的共晶硼化物，导致其坯料的热加工性能较差。针对这一难题，本文以18.5Cr-14.0Ni-2.1B含硼不锈钢作为研究材料，采用热力模拟实验机进行单道次热压缩实验，建立了流变应力本构方程，构建了热加工图并明确了该不锈钢合理的加工窗口，揭示了含硼不锈钢热变形行为及其机制。实验结果表明：18.5Cr-14.0Ni-2.1B不锈钢的表观热变形激活能Q和应力指数n分别为501.08 kJ·mol⁻¹和8.13；热压缩过程中，共晶硼化物主要发生破碎、转动并诱发形成大量微孔洞，塑性流动的奥氏体基体可将大部分孔洞填充；热压缩过程的应变量越大，其加工窗口越小，18.5Cr-14.0Ni-2.1B含硼不锈钢在1000~1100℃以0.01~1.0 s⁻¹的应变速率进行变形时，呈现较为良好的可加工性。

镍基合金焊缝铣削过程数值模拟及铣刀优化分析

徐少峰, 杨彪, 叶义海, 张家豪, 张义林, 陈家豪

2022, 43(S2): 74-81. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0074

摘要(141) HTML (44) PDF(18)

摘要:
为优化镍基合金焊缝铣削加工工艺与刀具性能，基于Abaqus仿真软件建立了镍基合金焊缝铣削的有限元模型，并进行了铣削过程的仿真计算分析及刀具失效研究，分析了不同切削参数和刀具参数对切削温度及切削力的影响，结合计算结果完成了切削参数正交试验与刀具参数优化分析。结果表明，较小的切削速度、小进给量及增加风冷可以获得较小的切削力和切削温度，通过调节刀具前角和刀尖钝圆半径可以有效降低切削力和切削温度。本研究成果可为铣削过程切削参数及刀具参数的优化提供参考。

高温下锆合金包壳切向微动磨蚀行为研究

任全耀, 蒲曾坪, 焦拥军, 郑美银, 陈平, 韩元吉, 刘孟龙, 庄文华, 郭相龙, 张乐福

2022, 43(S2): 82-87. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0082

摘要(256) HTML (56) PDF(35)

摘要:
核燃料组件在服役过程中，定位格架夹持结构与燃料棒之间的微动磨蚀是导致燃料棒包壳破损的第一大因素，约占燃料棒包壳失效的54.8%。本文针对不同夹持结构对锆合金包壳管的切向微动磨蚀行为，开展了高温高压水化学环境下的磨蚀试验研究，对比分析了曲面与平面夹持结构在不同夹持力条件下包壳管磨痕形貌、磨蚀体积、磨蚀深度等关键参数。研究结果表明，曲面夹持结构对燃料棒包壳的磨蚀以磨粒磨损、片层状脱落、“犁沟”效应为主；平面结构以“犁沟”效应、片层状脱落为主，磨粒磨损较少；此外，相同条件下曲面夹持结构的最大磨蚀深度大于平面夹持结构。

碳源对碳热还原法制备二硼化锆中硼损失的影响

喻冲, 冷科, 王怡, 曾强, 唐彦, 刘喆

2022, 43(S2): 88-93. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0088

摘要(86) HTML (19) PDF(11)

摘要:
针对第三代核电堆型AP1000所用的核级ZrB₂靶材制备过程中硼易损失问题，以ZrO₂、B₄C和C为原料，采用碳热还原法制备ZrB₂粉体，研究了碳源种类、碳加入量对高温合成过程中硼损失的影响。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、化学滴定仪等分析了样品的相组成、微观形貌和元素含量，根据合成前后硼含量以及质量守恒原则计算了粉末合成过程中硼含量的损失。结果表明：采用碳热还原法制备ZrB₂粉体会引起硼的损失；相较于石墨，采用炭黑作为碳源且适当过量，能有效降低合成过程中硼的损失，当B₄C过量5%、C过量20%时，合成过程中硼的损失率最低（4.4%），ZrB₂粉体颗粒大小均匀，粒径为1~2 μm，纯度较高。

U型管式蒸汽发生器内改性壁面强化传热数值研究

袁俊杰, 刘莉, 顾汉洋

2022, 43(S2): 94-99. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0094

摘要(222) HTML (68) PDF(71)

摘要:
为了达到较好的传热效果以及减少传热恶化造成管道破裂等事故的可能，本文基于改进的格子Boltzmann方法（LBM）相变传热模型，对蒸汽发生器U型传热管内工质的气泡动力学行为和壁面的传热性能进行了数值研究。结果表明：与纯亲水壁面相比，疏水区域促进气泡成核，混合润湿性壁面可以显著提高沸腾传热量。混合润湿性壁面可以提高临界热流密度（CHF），并延迟CHF点的出现，可以有效地减小传热恶化的可能。总体上，疏水点间距和个数决定气泡的生长状态，存在一个最佳疏水点设置可以获得最佳沸腾传热性能，选择合适的疏水点间距和个数可以得到理想的传热壁面。

铅基全陶瓷微封装弥散燃料堆芯概念设计初步研究

娄磊, 王连杰, 彭星杰, 赵晨, 张斌, 周冰燕, 周楠, 胡钰莹, 王星博, 赵子凡

2022, 43(S2): 100-103. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0100

摘要(165) HTML (72) PDF(28)

摘要:
为了充分利用全陶瓷微封装弥散燃料（FCM）的耐事故特性，进一步提高铅基反应堆的安全性，将FCM应用于铅基冷却剂反应堆中，给出了铅基FCM堆芯的初步概念设计，并与传统铅基UO₂燃料堆芯在燃料装量、燃料利用率、能谱及反应性等方面进行了对比分析。对比结果表明，FCM对堆芯能谱有少量的慢化效果，同时需采用高富集度UO₂燃料核芯以保证堆芯²³⁵U装量满足能量输出需求，采用FCM堆芯²³⁵U装量较UO₂堆芯有相应降低，燃料利用率进一步提高。最后对铅基FCM堆芯布置进行功率展平优化，通过径向FCM相体积分区对堆芯功率进行了展平。计算结果显示，堆芯功率峰因子（F_Q）由2.43降低至1.93，堆芯核焓升因子（F_DH）由1.79降低至1.33。

TRISO包覆燃料颗粒裂变产物扩散释放特性研究

郑军强, 贺亚男, 章静, 巫英伟, 田文喜, 苏光辉, 秋穗正

2022, 43(S2): 104-110. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0104

摘要(224) HTML (55) PDF(39)

摘要:
为研究三结构各向同性（TRISO）燃料颗粒裂变产物扩散释放特性，建立了辐照-热-力耦合作用下TRISO包覆燃料颗粒裂变产物Fick扩散模型，并通过IAEA CRP-6基准题进行了验证；利用所建模型对高温气冷堆典型工况下TRISO包覆燃料颗粒的性能进行了分析，同时，考虑裂变产物的反冲效应和热扩散效应，对TRISO包覆燃料颗粒不同温度及颗粒功率下裂变产物释放特性进行了分析。研究结果表明，高温会使TRISO包覆燃料颗粒裂变产物包容能力丧失，功率的提升则对裂变产物的释放影响较小。

基于蒙特卡罗方法的空间核反应堆在线截面处理与燃耗计算研究

李锐, 刘仕倡, 车锐, 卢迪, 王连杰, 王振宇, 陈义学

2022, 43(S2): 111-117. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0111

摘要(275) HTML (51) PDF(45)

摘要:
为解决蒙特卡罗（简称“蒙卡”）程序计算时的截面在线处理问题，针对可分辨共振能区，采用靶核运动抽样方法和改进高斯-厄米特方法计算不同燃料温度下的有效增殖系数（k_eff），将2种截面处理方法应用于千瓦级热管式空间核反应堆模型，并与使用精确温度截面库的k_eff计算结果进行对比。结果表明，对于不同温度下的k_eff，2个方法的绝对误差都在±3倍的相对组合统计误差之内，靶核运动抽样方法和改进高斯-厄米特方法的计算时间分别增加了45%和9%。为解决空间堆中的蒙卡燃耗计算问题，将堆用蒙卡分析程序（RMC）的内耦合燃耗计算功能应用于兆瓦级热管式空间核反应堆模型和棱柱式高温气冷堆模型，并与典型蒙卡程序Serpent和MCNP进行对比。结果表明，每一个燃耗步下，k_eff的最大误差不超过0.2%和0.3%。2个研究初步验证了RMC对空间核反应堆在线截面处理和燃耗计算的正确性。

月基核电源堆芯设计及物理热工特性分析

宁可为, 宋帅, 赵富龙, 谢林, 谭思超

2022, 43(S2): 118-124. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0118

摘要(158) HTML (63) PDF(30)

摘要:
核能具有长续航、长寿期的特点，能够为月球探索提供可靠能源保障。本文提出月基300 kW（热功率）热离子反应堆方案，通过蒙特卡罗方法进行堆芯物理特性分析，并通过堆芯单通道流动换热计算对反应堆热工安全进行数值模拟研究。计算结果表明，方案能够实现10 a寿期，具备足够停堆深度，但部分温度区间内出现正温度反馈，需要依赖精细控制满足反应堆安全性要求；处于月面微重力环境下，冷却剂流速不小于0.9 m/s时，堆芯最热通道不超过热工安全限值。

基于熵产分析的铅-铋冷却带绕丝燃料棒束热工水力特性研究

张冬, 张昊春, 王琦, 孙文博

2022, 43(S2): 125-130. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0125

摘要(175) HTML (49) PDF(22)

摘要:
为了从设计和运行的角度对铅-铋冷却快堆燃料组件的热工水力特性进行分析，基于有限体积法对铅-铋冷却的19根带有绕丝结构的燃料棒束进行数值模拟。对于不同质量流量、热功率下燃料组件流动及传热特性展开分析。并通过熵产分析方法，对不同工况下冷却剂熵产特性及热力学不可逆性进行研究。结果表明：二次流以及熵产分布在轴向上均呈现出周期性变化；入口速度是影响二次流以及熵产分布的主要因素；在保证结构安全的前提下，适当增加冷却剂流速有利于提高冷却剂的热经济性能。

预增殖方案下的氯盐快堆燃耗特性分析

何燎原, 邹杨, 严睿

2022, 43(S2): 131-136. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0131

摘要(346) HTML (53) PDF(21)

摘要:
为分析和评估在快中子氯盐堆中采用低富集铀（LEU）、Pu以及超铀（TRU）启堆的Th-U循环方案，定义了再生比与置换比的概念，以对比Th-U循环反应链关键核素的转换信息，并采用TMCBurnup程序对３种不同的启堆燃料下的预增殖方案进行燃耗分析。分析结果表明：在预增殖循环方案下，采用３种燃料启堆均能快速完成²³³U的生产，其中TRU启堆过渡模式具有较大的置换比，LEU启堆过渡模式具有较大的²³³U再生比，且在整个运行周期中，堆芯始终有较大的负温度反馈系数。

铅铋介质闭式换向器运行特性与水锤现象研究

范旭凯, 朱喻成, 彭天骥, 田旺盛, 唐延泽, 范德亮

2022, 43(S2): 137-142. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0137

摘要(120) HTML (33) PDF(20)

摘要:
为研究闭式换向器在液态铅铋合金（LBE）介质换向过程中的流量稳定性及其适用性，采用FLUENT软件结合重叠网格方法对三通切换阀形式的闭式换向器换向时上游的压力与速度波动进行计算分析。结果显示，换向过程中，阀芯启动及停止运动时产生水锤，水锤波以介质声速在管道中传播，从而影响管道内压力和速度的分布，水锤波的峰值大小与介质密度、阀芯运动速度成正比，水锤波频率不受阀芯运动速度影响。由于水锤波的波峰值较大，使此类型闭式换向器在LBE下换向动作时上游管道难以维持稳定流量并威胁装置安全，故在LBE流量标定装置中不适用。

聚变堆固态产氚包层中子学优化方法研究与应用

屈伸, 曹启祥, 武兴华, 尹苗, 赵奉超, 王学人, 段旭如, 王晓宇

2022, 43(S2): 143-149. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0143

摘要(280) HTML (82) PDF(24)

摘要:
为提升聚变堆包层产氚性能，更好地满足氚自持要求，首先，基于中子微扰理论与模拟退火算法开发了适用于聚变堆产氚包层（TBB）中子学优化新算法与新程序。其次，选取中国聚变工程实验堆（CFETR）氦冷固态包层，完成了全堆中子学性能优化的示范性应用。最后，对优化后的包层方案进行了热工、流体、结构的三维有限元校核。结果表明：①相比于传统包层中子学优化算法，本文所提出的优化算法具有更好的优化效果与更高的优化效率；②本文所开发的智能优化程序可更好地满足聚变堆TBB中子学优化与设计的需求，可为包层设计提供算法理论基础与程序支撑。

逆流式直通道印刷电路板式换热器流动传热特性CFD研究

毛俊俊, 杨小勇, 赵钢, 彭威

2022, 43(S2): 150-157. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0150

摘要(276) HTML (34) PDF(47)

摘要:
印刷电路板式换热器（PCHE）凭借高紧凑性、耐高温高压、高换热效率等优势，在高温气冷堆氦气闭式布雷顿循环中具有较好的应用前景。本文利用计算流体力学（CFD）数值模拟研究了逆流式直通道PCHE型氦气回热器的流动与换热性能。通过改变通道水平间距、垂直间距以及流道半径，分析了层流条件下，几何参数对直通道PCHE内氦气流动换热的影响。计算结果表明，垂直间距仅对换热性能有影响，水平间距无明显影响，流道半径对PCHE流动换热性能均有影响。减小通道垂直间距，PCHE的换热性能提高；保持入口质量流量不变时，缩小通道半径，对流换热系数提高，换热性能增强，但沿程压降增大。此外，使用垂直或水平方向多通道PCHE模型进行模拟，通过比较不同通道的沿程温度和压降分布，以确定垂直和水平位置对PCHE热工水力性能的影响。通过对比多通道模型与单个换热单元的计算结果，表明周期性边界条件的单个换热单元能够较为准确模拟完整PCHE模型的大多数流道。

基于OpenFOAM的管束流固耦合模拟与数据驱动建模

冯志鹏, 张毅雄, 黄旋, 刘帅, 齐欢欢, 蔡逢春

2022, 43(S2): 158-164. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0158

摘要(541) HTML (74) PDF(42)

摘要:
为实现开源工具OpenFOAM在管束流固耦合行为预测方面的应用，针对OpenFOAM缺乏大涡模拟验证的综合基准案例、缺乏基于OpenFOAM仿真数据的参数辨识方法和数据驱动建模方法问题，首先通过研究基准问题来定量比较OpenFOAM中大涡模拟的性能，重点讨论统计时间长度、计算域大小与形状、网格划分方式、壁面函数对结果的影响规律，并将数值结果与实验数据进行验证，获得了合理的流场分析模型；然后，将运动方程与流场计算相耦合，求解具有移动边界的非定常Navier-Stokes(uRANS)方程，实现管束的流固耦合仿真，成功捕捉到了管束的流固耦合特征，并以流管模型为例，实现了关键参数辨识和数据驱动建模。结果表明，大涡模拟中，达到统计收敛至少需180个漩涡脱落周期；升力、回流长度对网格分辨率较为敏感，漩涡脱落频率、圆柱表面压力对计算域较为敏感；对于尾流区的统计量分布，网格分辨率的影响更为显著；计算域形状的影响可以忽略；通过数据驱动建模方式计算的临界流速与实验值吻合较好。

压力容器主管道分段焊接变形的数值模拟研究

庾明达, 张丽屏, 邵雪娇, 姜露, 李辉, 刘贞谷, 蒲卓

2022, 43(S2): 165-170. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0165

摘要(114) HTML (27) PDF(19)

摘要:
针对压力容器主管道焊接径向位移过大的问题，采用SYSWELD软件对主管道多层多道焊接进行了数值模拟分析，并研究了3种分段式焊接方案对焊接残余应力和变形的影响。结果表明，计算结果与实验结果较为吻合，验证了数值手段的合理性，采用分段式焊接可有效地降低压力容器主管道焊接过程的径向位移和残余应力，在所研究的３种分段式研究方案中，分段式上下单边焊接方案对焊接径向位移的抑制效果最好。

基于OPTIMUS的反应堆冷却剂系统动力响应敏感性分析

袁艳丽, 张毅雄, 叶献辉, 王碧浩, 李柄锦, 杨康

2022, 43(S2): 171-176. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0171

摘要(102) HTML (93) PDF(20)

摘要:
为了获取对反应堆冷却剂系统（RCS）动力响应影响较大的设计参数，缩短设计周期，提升设计效率，以RCS中蒸汽发生器（SG）支承刚度、支承间隙为输入变量，利用OPTIMUS集成平台开展了地震条件下系统动力响应对输入变量的敏感性分析。分析表明：主泵进口接管嘴弯矩对SG下部水平支承的间隙的敏感性较高。相关敏感性分析方法与分析流程可推广至核动力装置其他系统与设备，为RCS的可靠性分析参数选取及优化设计改进提供定量分析手段与数据支持。

力-辐照耦合作用下FeCrAl包壳表面裂纹应力强度因子计算

朱笔达, 石凯凯, 郑斌

2022, 43(S2): 177-181. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0177

摘要(189) HTML (57) PDF(31)

摘要:
为研究高辐照剂量情况下铁素体FeCrAl包壳管对断裂失效破坏的抵抗能力，利用有限元方法结合Zencrack软件中的裂纹块分析技术，计算了内压和辐照肿胀应力耦合载荷作用下FeCrAl包壳管轴向半椭圆表面裂纹的裂尖应力强度因子。获得了不同辐照肿胀应变分布情况下内、外表面不同深度裂纹的裂尖应力强度因子变化规律，分析了辐照肿胀效应的影响作用。研究结果表明，相比于均匀辐照肿胀应变分布情况，包壳管在径向方向存在线性梯度变化的辐照肿胀应变时，内表面轴向半椭圆裂纹的裂尖应力强度因子水平显著降低，而外表面轴向半椭圆裂纹的裂尖应力强度因子水平显著提升。

华龙一号堆内构件设计方法研究

李浩, 李燕, 何培峰, 余志伟, 胡朝威, 王庆田, 夏欣, 赵伟

2022, 43(S2): 182-188. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0182

摘要(248) HTML (72) PDF(62)

摘要:
通过对华龙一号堆内构件（RVI）正向设计方法的研究，以响应华龙一号三代核电反应堆的全新设计要求，并规范化华龙一号RVI的结构设计。RVI作为系统级的复杂设备，其结构设计影响反应堆多方面的性能，通过对RVI功能的需求分析，理清了各专业间的因果关系链条，确立了RVI设计需满足的功能需求条目。同时基于RVI的功能需求及国内外堆型的经验反馈，对重要的功能需求条目确立了量化评价准则，通过量化指标以规范RVI设计。通过RVI设计方法的研究确立了华龙一号RVI的10个方面的共72条功能需求条目，同时通过分析计算确定了各项分析的量化评价准则，为各项分析计算提出了明确的指标。该方法实现了RVI的正向设计，涵盖其全寿期的功能需求，保证了RVI设计的可靠性和安全性。

隔离型磁阻式多极旋转变压器技术研究

唐源, 吴昊, 颜达鹏, 黄思语, 李晴朝, 刘彦霆, 唐健凯, 付国忠, 张志强, 张瑞, 崔总泽, 宋立伟

2022, 43(S2): 189-195. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0189

摘要(198) HTML (74) PDF(20)

摘要:
针对高温高压等恶劣环境下角度测量的需求，研究了一种可以适应恶劣环境的定转子隔离型磁阻式多极旋转变压器，该型隔离型磁阻式多极旋转变压器的定转子间安装了导磁不锈钢屏蔽壳。针对该型隔离型磁阻式多极旋转变压器建立了含有屏蔽壳的磁阻式多极旋变磁路模型，给出了隔离型磁阻式多极旋转变压器的设计依据，对屏蔽壳分走主磁通的问题进行了解析及有限元仿真分析。分析了隔离型磁阻式多极旋转变压器输出信号异常现象，设计了偏置及幅值异常补偿方法。通过仿真分析，结果表明研究的隔离型磁阻式多极旋转变压器能够较明显的抑制异常信号带来的位置解算波动。

基于格子Boltzmann的LBE环境下F-M钢氧化腐蚀行为的数值模拟研究

吴佳玥, 罗英, 杜华, 王留兵, 吴冰洁, 朱明冬

2022, 43(S2): 196-201. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0196

摘要(241) HTML (134) PDF(25)

摘要:
铅冷快堆的冷却剂介质液态铅铋共晶合金（LBE）会对反应堆结构材料产生严重的腐蚀作用。铁素体-马氏体钢（F-M钢）作为反应堆结构候选材料，在控氧LBE中会发生氧化腐蚀，生成典型的双层氧化膜结构。为了设计高可靠性反应堆结构，预测F-M钢在LBE环境下的材料寿命，本文基于格子玻尔兹曼（LBM）方法，模拟了氧化腐蚀过程中多组分传输、氧化反应、固液相变等腐蚀现象，建立了不锈钢在LBE中的氧化腐蚀模型。计算得到的模拟结果与试验数据吻合较好，建立的模型可以解释扩散和反应过程在氧化过程中的作用。开发的格子Boltzmann模型可以用于研究介观尺度氧化膜生长。

华龙一号反应堆压力容器下封头高温蠕变研究

杨立才, 邱天, 杨志海, 尹祁伟

2022, 43(S2): 202-207. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0202

摘要(152) HTML (37) PDF(34)

摘要:
高温蠕变是华龙一号（HPR1000）反应堆压力容器（RPV）下封头在严重事故工况下的主要失效模式。为准确地研究采用国产16MND5锻件制造的HPR1000 RPV下封头的高温蠕变问题，确保RPV下封头在严重事故工况下的结构完整性，基于试验获得的材料高温蠕变数据，联合数值模拟和理论分析，对HPR1000 RPV下封头高温蠕变问题进行了系统的研究。首先建立了RPV下封头材料高温蠕变本构模型。利用ANSYS软件开展了高温及内压载荷作用下的下封头高温蠕变数值模拟研究，获得了下封头蠕变应变和蠕变应力分布。此外，首次针对RPV下封头高温蠕变问题进行了理论研究。结果表明，RPV下封头高温蠕变主要发生在温度高于450℃的区域；在严重事故工况下，HPR1000 RPV下封头不会发生高温蠕变失效；内压增大将导致RPV塑性失效范围扩大；RPV下封头稳态蠕变理论分析结果与数值模拟结果相吻合，理论分析结果揭示了RPV下封头分层失效现象。

CF3燃料组件下管座水力学性能研究

冯琳娜, 陈杰, 粟敏, 蒲曾坪

2022, 43(S2): 208-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0208

摘要(215) HTML (64) PDF(35)

摘要:
下管座具有过滤异物、流通冷却剂和承载燃料组件的重要功能，是CF3燃料组件的重要部件。针对下管座的流通功能，分别采用单相计算流体动力学（CFD）技术和水力学试验两种方法，对CF3燃料组件的水力学性能进行研究。计算结果和试验结果表明，CF3燃料组件下管座的阻力系数与AFA3G相差5%，冷却剂流通性方面满足CF3燃料组件水力学设计的要求。

基于反应率预测的预估校正方法研究

温兴坚, 田超, 唐松乾, 翟梓安, 苗建新, 曹良志, 刘宙宇

2022, 43(S2): 213-219. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0213

摘要(199) HTML (109) PDF(22)

摘要:
传统预估校正方法通过平均预估步与校正步的核素组分修正燃耗计算结果，要求在每个燃耗步上进行2次中子学计算。为了降低输运燃耗耦合计算的时间，本研究对传统预估校正方法进行了分析，并开展了基于反应率预测的预估校正方法研究，该方法利用传统预估校正方法中预估步与校正步多群中子能谱差异随燃耗光滑变化的特性，通过拉格朗日插值方法对区域和燃耗时间相关的中子能谱偏差随燃耗时间的变化特征进行描述，获得解析的插值公式，在保证预估步计算次数不变的情况下，直接对部分校正步的反应率进行预测，避免该部分校正步的中子学计算；本研究以传统预估校正方法为参考，通过VERA燃耗基准题和JAEA燃耗基准题对提出的基于反应率预测的预估校正方法进行了验证。数值结果表明：基于反应率预测的预估校正方法可在保证棒功率分布与主要核素组分精度基础上，减少约20%的中子学计算时间。因此，本研究建立的基于反应率预测的预估校正方法能够用于高效的输运燃耗耦合计算。

逆变电源直流反馈控制技术研究

陈美远, 余海涛, 彭仁勇, 何亮, 王春蕾, 刘依依, 张建建

2022, 43(S2): 220-223. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0220

摘要(109) HTML (23) PDF(14)

摘要:
逆变电源是实现核反应堆反应性控制的重要设备，现有的逆变电源无法在供电电源波动和运行频率变化时使实际直流运行电流保持恒定。为了使实际直流运行电流恒定，本文研究了一种逆变电源直流反馈控制技术，以实际直流运行电流作为反馈量，采用比例-积分调节器进行反馈控制，使用空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM）算法将给定运行频率和调节器输出调制成驱动逆变桥动作的脉冲宽度调制（PWM）信号。通过仿真结果证明了该方法的可行性，同时研制了反馈型逆变电源，并通过试验验证了该技术的有效性。

基于功率谱均值的脉冲计数干扰识别技术研究

高志宇, 罗庭芳, 包超, 朱宏亮, 袁航

2022, 43(S2): 224-227. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0224

摘要(121) HTML (33) PDF(9)

摘要:
针对堆外核测量系统源量程脉冲计数干扰现象，提出使用脉冲计数率的功率谱均值作为判定值识别脉冲计数干扰的方法。功率谱均值的判定值根据实堆数据计算，并根据脉冲计数率大小设置3个值。使用仿真的方法验证干扰识别效果，在实堆的脉冲计数率数据基础上，叠加干扰计数。通过仿真验证，该方法能够识别持续时间为1 s、干扰强度（干扰相对于脉冲计数率的比值）在5%以上的干扰信号。

模块式小型堆多样性保护系统研究与设计

朱攀, 习蒙蒙, 许东芳, 邱志方, 刘宏春, 钟思洁, 党高建

2022, 43(S2): 228-233. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0228

摘要(112) HTML (35) PDF(21)

摘要:
对模块式小型堆多样性保护系统（RDA）的关键技术进行了研究和分析论证，首次采用基于概率论与确定论相结合的多样性保护信号设计方法，对保护信号整定值及延迟时间的确定进行了深入研究，实现了保护信号设置最小化和保护功能最大化；同时在RDA设计中全面应用多样性和独立性设计技术，构建了高可靠、低误动率的系统架构，显著提升了模块式小型堆的安全性和经济性，满足核电厂纵深防御和多样性要求，相关技术指标已达到了国际先进水平。

基于华龙一号的混合氧化物燃料组件特性研究

刘琨, 刘同先, 蒋朱敏

2022, 43(S2): 234-238. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0234

摘要(204) HTML (66) PDF(33)

摘要:
结合我国核能发展需求，以华龙一号堆型作为研究对象，利用SCIENCE软件进行混合氧化物（MOX）燃料组件中子学特性研究，为后续华龙一号机组大规模装载MOX燃料组件，实现闭式燃料循环奠定理论基础。针对CF3燃料组件初始富集度、卸料燃耗及堆芯运行参数等影响因素开展数值分析，评价组件布置方案、钚向量、钚总装量（钚含量）及基体铀组分等因素对MOX燃料组件的反应性等关键中子学参数的影响。数值结果表明，MOX组件采用周边布置方案时，有利于实现更好的反应性控制能力，从而降低反应性控制压力，有利于更好地利用现有的堆芯设计条件，实现钚资源的利用。在增加燃料棒中易裂变核素组分时，导致组件能谱硬化，使得反应性反馈能力和反应性控制能力进一步减弱。针对现役华龙一号型堆芯核设计方案，可能需要增加额外反应性控制手段，实现燃耗过程中MOX燃料组件的反应性控制。

留言板

2022年第43卷第S2期

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