核动力工程

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刘振海, 齐飞鹏, 周毅, 李垣明, 李文杰, 曾未, 辛勇, 王浩煜, 马超

2023, 44(S2): 1-5. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0001

摘要(48) HTML (4) PDF(19)

摘要:
为提高大规模燃料棒性能模拟的计算效率，以燃料棒温度预测为例，研究了燃料棒温度分布预测代理模型（简称“代理模型”）的构建方法。以燃料棒性能分析程序COPERNIC的计算结果作为数据源，采用k-means聚类算法筛选代表性的训练数据，训练了4个全连接前馈神经网络，分别能够考虑冷却剂流动传热及氧化膜生长影响的包壳外表面温度预测、包壳径向温度分布预测、燃料芯块和包壳间隙变化影响的燃料芯块外表面温度预测、燃料芯块径向温度分布预测。通过这些神经网络的组合，可以根据输入的燃料棒功率史快速预测出燃料棒不同时刻的温度分布。数值试验表明：构建的代理模型相比COPERNIC程序计算速度提升约204倍，同时具有较高精度。在整个数据集上，包壳温度和燃料芯块温度预测的平均偏差分别为0.07℃、0.44℃。

燃料棒夹楔状态下芯块与包壳相互作用的三维模拟研究

马政卿, 庞华, 张坤, 唐昌兵, 邬周志, 严峰, 邢硕

2023, 44(S2): 6-10. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0006

摘要(28) HTML (5) PDF(9)

摘要:
燃料芯块与包壳的相互作用（PCI）是导致包壳破损的原因之一。燃料芯块开裂产生的碎片可能夹在芯块与包壳的间隙，导致夹楔PCI问题。该问题可能致使包壳局部应力超过限值，增加包壳破损风险。为评估夹楔PCI问题对燃料棒性能的影响，基于多物理耦合有限元平台MOOSE，建立三维有限元燃料元件性能分析方法，综合考虑辐照效应和热力耦合作用，针对单芯块模型完成了夹楔PCI问题的数值模拟计算。结果表明，夹楔PCI问题会改变包壳中的温度分布、应力分布和应变分布，并会增加包壳中的最大Mises应力和等效蠕变应变，增大燃料棒失效风险。

U-10Mo/Al燃料组件堆内辐照-热流固耦合行为研究

袁攀, 王浩煜, 黄山, 刘孟龙, 岳题, 任全耀, 秦勉, 郑乐乐, 郭子萱

2023, 44(S2): 11-16. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0011

摘要(19) HTML (1) PDF(7)

摘要:
为研究U-10Mo/Al燃料组件堆内辐照变形对其机械行为和热工水力行为特性的影响，基于辐照-热流固耦合分析方法，通过将非均匀辐照条件引入到燃料组件辐照-热力耦合行为的三维有限元模拟中，开展了U-10Mo/Al燃料组件堆内辐照环境下的机械和热工水力行为研究，计算分析了辐照条件下燃料组件随时间和空间变化的结构力学场和温度场的分布和演化规律。研究结果表明，U-10Mo/Al燃料组件在流场、温度场、机械力学的耦合作用下展现出典型的机械变形行为，支撑板和燃料元件均产生一定程度的弯曲；燃料组件的温度场表现出典型的非均匀空间分布特性，温度峰值出现在燃料元件肿胀量最大的位置；燃料芯体边角区域包壳、芯体的应力整体高于中心区域和支撑板。

基于蒙特卡洛程序的快堆少群截面制作方法研究

肖鹏, 罗琦, 夏榜样, 张广春, 姚栋, 周亚婧, 方超, 李天涯

2023, 44(S2): 17-22. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0017

摘要(34) HTML (5) PDF(19)

摘要:
为了提高快堆中子学分析精度，解决传统确定论方法制作快堆少群截面面临的复杂共振问题，基于组件均匀化-堆芯输运计算两步法，从各向异性散射、能群结构、泄漏修正等方面，开展了采用蒙特卡洛程序制作堆芯输运计算所需的组件均匀化少群截面的方法研究。数值结果表明：采用蒙特卡洛程序制作快堆少群截面，可以很好地处理中等质量核素的共振效应；采用1阶散射截面或者输运修正后的少群截面可以有效考虑各向异性散射的影响；少群截面的能群数目减小会导致堆芯有效增殖因子（k_eff）减小；泄漏修正会导致堆芯k_eff增大。采用蒙特卡洛程序制作快堆少群截面，堆芯输运得到的k_eff偏差小于100pcm（1pcm=10⁻⁵），功率分布偏差小于2%。

基于响应矩阵的高精度辐射场快速计算方法研究

李文瀚, 张宏越, 应栋川, 田超, 温兴坚, 王霜, 唐诗涵

2023, 44(S2): 23-28. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0023

摘要(28) HTML (9) PDF(10)

摘要:
为解决传统输运计算方法无法兼顾快速性和精确性的不足，实现辐射防护最优化和屏蔽优化设计的快速迭代，开展了基于响应矩阵的高精度辐射场快速计算方法研究。研究采用基于响应矩阵的生物屏蔽深穿透快速计算方法和基于SOURCE源抽样的面源接续计算方法，将生物屏蔽入射源到生物屏蔽外空间辐射场计算过程拆分为生物屏蔽结构内的粒子输运计算和生物屏蔽外空间的粒子输运计算过程，实现反应堆装置复杂动态场景下的快速高精度剂量辐射场分析，计算效率相比蒙特卡罗（MC）直算方法提高100倍。本研究成果可为复杂辐照条件下人员辐射剂量最优化设计和屏蔽结构优化迭代提供有效、可靠的设计方法和工具。

基于并行技术的在线监测系统燃耗计算优化开发

郭凤晨, 高露露, 芦韡, 赵德华, 于洋, 徐睿杰, 马永强, 魏桐

2023, 44(S2): 29-32. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0029

摘要(16) HTML (3) PDF(5)

摘要:
为了提高在线监测系统程序DESCAR模块在燃耗区数目较大时燃耗计算求解的计算效率，本文使用开放式多处理（OpenMP）和信息传递接口（MPI）并行技术，对DESCAR模块进行优化重构，以提高在线监测系统程序的计算效率。验证结果表明，优化重构后的DESCAR模块在保证计算结果正确性的同时，可以有效地提高在线监测系统程序的计算速度，加速效果显著，满足在线监测系统实时性的要求。

基于注意力机制和CNN-BiLSTM模型的滚动轴承剩余寿命预测

付国忠, 杜华, 张志强, 李晴朝, 黄思语, 刘彦霆

2023, 44(S2): 33-38. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0033

摘要(70) HTML (12) PDF(14)

摘要:
针对传统深度学习方法对滚动轴承剩余使用寿命（RUL）预测准确性不高的问题，提出一种基于注意力机制的卷积神经网络和双向长短期记忆网络的混合RUL模型（CNN-BiLSTM-AM），并运用该混合模型对滚动轴承的RUL进行预测。首先通过轴承原始振动信号的峭度特征确定轴承首次预测时间（FPT）；其次对FPT后的原始振动信号进行降噪、归一化处理并通过CNN-BiLSTM-AM混合模型对2种不同工况下的滚动轴承的RUL进行预测；最后，将CNN-BiLSTM-AM混合模型与几种传统模型进行对比。结果表明，CNN-BiLSTM-AM混合模型对滚动轴承的RUL更为有效，并具有泛化性能。

螺旋卷曲翅片传热与流动特性的数值模拟研究

肖冠菲, 陈富财, 谭波, 甘斌, 何震, 鲜希睿, 刘一泽, 陈昊, 杜华

2023, 44(S2): 39-43. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0039

摘要(10) HTML (1) PDF(3)

摘要:
为了深入了解螺旋卷曲翅片换热器的对流换热能力，通过数值模拟的方法，从传热流动和换热器的紧凑性两个方面对螺旋卷曲翅片换热器在空气中的对流换热特性进行研究。分别研究了无量纲管间距（T/D）、无量纲翅片高度（H/D）和无量纲翅片间距（S/D）对螺旋卷曲翅片传热流动特性的影响。研究结果表明：较小的T/D会增加翅片管束的流动能力，从而增加对流传热；随着H/D的增加，螺旋卷曲翅片管束的换热面积增加，总换热量升高，但散热不够充分，影响螺旋卷曲翅片的效率；当S/D较大时，螺旋卷曲翅片的紧凑性下降，管束的阻力降低，平均体积传热密度也有所降低。本文的研究结果得出了不同参数对螺旋卷曲翅片传热与流动特性的影响规律，对螺旋卷曲翅片的设计具有很好的指导意义。

自然对流工况下堆顶三维温度场及流场数值模拟研究

唐向东, 李维

2023, 44(S2): 44-49. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0044

摘要(15) HTML (4) PDF(7)

摘要:
压水堆核电厂堆顶设备较多，温度场和流场复杂。为评估采用自然对流对控制棒驱动机构（CRDM）进行冷却的可行性。基于FLUENT软件，对自然对流工况下堆顶结构开展数值模拟研究，得到4种工况下的流场、温度场分布及线圈最高温升。模拟结果表明，不同运行工况下，采用自然对流的方式均能将CRDM运行产生的热量完全带出堆坑，不存在堆坑窝热情况，CRDM线圈温度均不会超过其工作温度限值。为采用自然对流对CRDM进行冷却提供了重要依据。

反应堆系统泵类设备浮筏隔振设计及筏架参数敏感性分析

王禹, 蔡龙奇, 赖建永, 李旸, 魏博, 汪冉, 刘帅

2023, 44(S2): 50-54. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0050

摘要(21) HTML (5) PDF(10)

摘要:
反应堆系统泵类设备是船舶核动力装置重要的振动噪声源，目前实际工程中多数采用单层隔振措施，减振效果有限，为满足总体振动噪声控制的新要求，引入了浮筏隔振技术，但反应堆系统浮筏隔振技术刚起步，还停留在满足基本布置及减振需求的简单式筏架结构上，对筏架自身结构参数的研究较少。本文首次针对反应堆系统泵类设备开展筏架多样化结构设计，提出了3种不同的筏架结构，并进行了综合性能对比，掌握了不同筏架结构特点，并针对低频减振效果较好的框架式筏架结构开展了参数敏感性研究，获取了筏架刚度参数与质量参数对浮筏隔振系统减振效果的影响规律，为反应堆系统泵类设备浮筏结构选型及设计提供理论支撑。

基于流固耦合的往复泵管路振动模型研究及优化分析

李旸, 刘佳, 蔡龙奇, 赖建永, 路彤, 王禹, 干依燃, 陈纠

2023, 44(S2): 55-60. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0055

摘要(16) HTML (4) PDF(6)

摘要:
针对船用往复泵出口管路系统振动过大的问题，结合试验测试数据，采用流固耦合分析方法建立了一套适用于往复泵出口管路的系统级振动传递特性分析模型。利用所建模型分析管路系统振动响应特性。采用基于模态匹配与振型节点耦合等方法，提出一套管路支吊架优化布置的设计原则，并开展支吊架类型及参数的敏感性分析。分析结果表明：管路支吊架布置优化后管路振动位移峰值和速度峰值均有明显降低，基座处的平均振动加速度级较优化前降低3.48 dB。

基于子通道思想的液态金属堆盒间流模拟方法研究

梁禹, 王啸宇, 邓坚, 刘余, 宋功乐, 钟睿诚, 张大林, 朱大欢

2023, 44(S2): 61-66. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0061

摘要(15) HTML (0) PDF(11)

摘要:
为探究液态金属堆盒内-盒间冷却剂共轭传热效应，运用子通道思想为盒间特殊结构提供新的模拟手段。基于稳定高效的压力耦合方程组的半隐式方法（SIMPLE算法）求解盒间子通道模型，解决了经典子通道算法在面对低流量、倒流和回流现象上难以收敛的问题。以3组件钠工质实验（CCTL-CFR）为对象，通过组件盒内、盒间冷却剂以及壁面温度的对比，验证了盒间子通道模拟方法的可靠性。针对典型液态金属堆，开展全堆芯热工分析，发现盒间流在展平堆芯径向温度分布、降低温度峰值等方面起重要作用，证明了堆芯热工分析考虑盒间流的必要性。本研究成果为液态金属堆堆芯热工及安全分析提供了可行的分析方法。

热管反应堆启堆特性分析

杜政瑀, 马誉高, 钟睿诚, 丁书华, 何晓强, 邓坚, 刘余

2023, 44(S2): 67-73. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0067

摘要(25) HTML (1) PDF(9)

摘要:
热管反应堆在中子能谱、燃料及堆芯结构、温度反馈系数、反应性控制方式、冷却剂等方面与压水堆存在较大的不同，导致其启堆过程中堆芯可能出现较大的功率峰值并导致热管两端出现较大的温差。针对上述问题，以陆地热管反应堆为研究对象，提出了“蛙跳式”启堆控制策略，通过理论分析的方法提出了策略的控制整定值；在系统设计改进方面，提出了增加空气预热器用于热管完全启动前热管冷凝段预热的方案；并采用数值计算的方法对前述方案的应用效果进行了分析和验证。计算结果表明，提出的启堆控制策略和系统设计改进方案减小了启堆过程中堆芯功率的波动幅度，减小了热管启动过程中热管蒸发段和冷凝段的温差，并相应降低了热管热应力，提高了热管运行的可靠性。其研究成果为控制鼓的设计提供了输入，也为反应堆保护与控制系统相关监测参数的设定和热管堆气体冷却系统的设计方案提供了参考。

矩形通道双群组界面浓度输运模型验证分析

于洋, 芦韡, 王文林, 宋小明, 曾辉, 郭凤晨, 李仲春, 孙梓彬

2023, 44(S2): 74-79. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0074

摘要(13) HTML (5) PDF(5)

摘要:
为了验证矩形通道双群组界面浓度输运模型的准确性与适用性，采用四探头电导探针测量方法，对竖直条件下矩形通道内气液两相界面输运特性开展了试验研究，获得了大量时均空泡份额、界面浓度等试验数据。试验在常温常压条件下进行，工质为空气-水，本体采用透明亚克力材质，尺寸为10 mm×200 mm，气、液相折算速度范围分别为0.047 ~2.014 m/s和0.315 ~4.416 m/s，流型范围覆盖泡状流、帽状湍流和搅混流区域。在此基础上，选取了8种试验工况对矩形通道双群组界面浓度输运模型进行验证，对影响界面浓度输运模型的气泡相互作用机制进行了分析。结果表明，群组1和群组2气泡界面浓度和空泡份额相对误差均在±10%以内，验证了矩形通道双群组界面浓度输运模型的正确性。

基于高频方波电压注入的同步磁阻型特种电机无传感器控制方法研究

刘依依, 彭仁勇, 王昭苏, 王春蕾, 陈美远, 余海涛, 唐诗涵

2023, 44(S2): 80-85. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0080

摘要(15) HTML (5)

摘要:
针对同步磁阻（SynR）型特种电机在高温高压、强辐射的工况下，位置传感器对转子位置检测容易出现失灵或者检测误差较大的现象，提出一种不需要依靠位置传感器就可以将SynR型特种电机位置检测出来的无传感器控制方法。该方法在矢量控制的基础上通过向估计的d轴注入正负交替的高频方波电压信号，在估计的q轴会产生相应的高频响应电流，高频响应电流中包含有电机转子位置信息，将高频响应电流通过转子位置观测器就可以将转子的位置信息估算出来，实现对SynR型特种电机的无传感器控制。仿真结果表明，所提出的方法可以实现在高温高压强辐射工况下无位置传感器时对SynR型特种电机的精准控制，具有收敛速度快、精度高，易于工程实现等优点。

模块式小型堆用静态棒电源系统的设计与实现

游洲, 韩勇, 刘飞洋, 刘文静, 刘亚男, 何正熙, 李朋, 高永

2023, 44(S2): 86-91. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0086

摘要(12) HTML (4) PDF(4)

摘要:
为了解决模块式小型堆对控制棒驱动机构（CRDM）电源（简称棒电源）系统提出的小型化、低噪音、易维护的需求，在对棒电源系统负载需求进行全面的分析和整理的基础上，结合当今最新发展的整流和储能技术，提出基于十二相低纹波可控硅整流和超级电容储能的静态棒电源方案。在该方案的研制实施过程中，重点对电气拓扑架构、电力电子整流技术、电力储能技术进行了深入研究和攻关，经过一系列分析、研究、设计和试验论证，证明该系统方案完全满足模块式小型堆负载对棒电源系统的要求。

华龙一号柴油发电机组卸载指令设计技术研究

王琳, 伍巧凤, 何正熙, 刘宏春, 孙诗炎, 李昱, 陈鹏, 张隽祺

2023, 44(S2): 92-97. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0092

摘要(15) HTML (1) PDF(9)

摘要:
专设安全设施驱动系统在核电厂发生事故时用于对事故后果的缓解，对核电厂安全起着至关重要的作用，柴油发电机组卸载指令可能会阻止专设安全设施的正常动作，但是目前对于柴油发电机组卸载指令无明确的设计准则、无确定的拒动率和误动率指标要求。针对该问题，采用确定论和概率论方法对柴油发电机组卸载指令的设计原则、可靠性要求、定期试验设计等方面开展深入研究，针对三代核电厂华龙一号提出了柴油发电机组卸载指令的设计要求，并设计了柴油发电机组卸载指令总体技术方案，最后分别采用故障树和马尔可夫可靠性分析方法进行了验证，验证结果表明所提出的设计要求合理，指令设计方案可靠性高，该研究内容为后续核电厂仪控系统设计提供了重要参考。

核级管道强动态载荷传递特性研究

卢喜丰, 王新军, 熊夫睿, 白晓明, 何风, 李柄锦, 杨康

2023, 44(S2): 98-103. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0098

摘要(8) HTML (0) PDF(7)

摘要:
基于管道材料在不同温度和应变率下的力学性能构建了应变率相关弹塑性本构模型，通过对管道跌落试验进行仿真得到影响弹塑性分析精度的主要因素，构建了基于应变率相关本构模型的弹塑性动态载荷传递分析方法。应用该方法开展管道动态响应分析，将响应加速度、应力等计算结果与弹性分析结果进行对比。结果显示，弹塑性分析可有效降低结构响应，既可确保结构在强动态载荷下的安全性，又可降低结构设计难度，可应用于管道系统强动态载荷传递分析。

基于动态模态分解方法的正方形排列管束流体弹性不稳定性研究

冯志鹏, 熊夫睿, 赵燮霖, 蔡逢春, 周进雄

2023, 44(S2): 104-108. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0104

摘要(13) HTML (6) PDF(7)

摘要:
针对目前流体弹性不稳定性研究主要依赖宏观响应，缺乏从更本质层面判定稳定性技术手段的问题，以正方形排列管束为研究对象，首先，在已建立的三维流固耦合数值模型的基础上，获得了各管的振动响应与流体力特性，研究了管束的宏观响应特性；其次，引入动态模态分解（DMD）方法对流固耦合系统进行降阶分解与重构预测，进而从宏观响应和DMD模态2个层面研究了管束的流体弹性不稳定性。结果表明，DMD方法不仅可以实现对流场动力学特征的快速重构及预测，还可以准确提取不稳定流场的主导模态和频率，并能判断所提取模态的稳定性，与宏观响应相互应证，能更全面地反映系统的稳定性。

基于动态贝叶斯网络的核能系统可靠性评估方法研究

魏文涛, 李美福, 朱大欢, 钟明君, 郭永晋, 杜政瑀, 蒋孝蔚

2023, 44(S2): 109-114. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0109

摘要(23) HTML (1) PDF(15)

摘要:
针对传统故障树分析法着眼于设计阶段对静态系统进行可靠性分析，无法分析系统运行时的动态时序问题，提出一种基于动态贝叶斯网络（DBN）的可靠性分析方法，该方法以动态故障树为桥梁，由故障树得到DBN模型。研究中选取典型压水堆主给水系统，采用DBN的方法，对系统进行可靠性分析、故障诊断、敏感性分析。得到的可靠性数据相比传统分析方法更加接近真实值，为运行决策提供了更加准确的依据，能够提高核电厂的经济性。

超临界二氧化碳PCHE内壁金属氧化膜剪切失效强度测量方法

黄军林, 李超, 朱小良, 涂益友, 徐青蓝

2023, 44(S2): 115-119. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0115

摘要(13) HTML (2) PDF(7)

摘要:
印刷电路板式换热器（PCHE）内壁金属氧化膜脱落问题严重影响超临界二氧化碳布雷顿循环机组的安全高效运行。现有的脱落预测模型因缺少氧化膜剪切失效强度这一关键参数而难以做出准确预测。针对这一问题，对氧化膜/金属基体界面的过渡层应用弹性-线性强化力学假设，建立拉伸载荷作用下界面剪切应力演变解析模型，在此基础上，联合采用声发射技术的带氧化膜试样拉伸加载试验，提出了一种测量氧化膜剪切失效强度的新方法。分析结果表明，在不需要对氧化膜/金属基体界面处的剪切应力分布做任何预先假设的情况下，所提新方法可以准确预测氧化膜/金属基体界面的剪切应力演化过程并确定氧化膜的剪切失效强度。该方法可为构建超临界二氧化碳PCHE内壁金属氧化膜脱落判别准则和预测模型提供关键数据。

二维MOC Krylov子空间迭代的CMFD预条件子研究

张广春, 张昊春

2023, 44(S2): 120-125. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0120

摘要(296) HTML (4) PDF(21)

摘要:
为了提高二维特征线（MOC）Krylov子空间迭代的效率，提出了基于粗网有限差分（CMFD）矩阵的预条件子。研究首先将CMFD加速方法进行线性化，推导出线性CMFD预条件子；其次将线性CMFD预处理Krylov子空间方法用于求解二维MOC方程；最后利用IAEA LWR和2D C5G7 基准题对线性CMFD预条件子的加速性能进行了测试。结果表明：在应用CMFD预条件子后，IAEA LWR基准题的迭代次数减少了52.7%，计算时间减少了41.8%；2-D C5G7基准题的迭代次数减少了20.3％，计算时间减少了13.2%；研究还发现CMFD预条件子对于局部非均匀性不强的问题效果很好，对于局部非均匀性较强的问题性能下降。

LFR轴流式冷却剂主泵水力性能研究

吕天智, 杨从新, 郭艳磊

2023, 44(S2): 126-132. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0126

摘要(26) HTML (7) PDF(8)

摘要:
为掌握铅铋介质在轴流式核主泵内的流动特性，通过计算流体力学（CFD）方法采用剪切应力输运（SST k-ω）湍流模型对铅铋介质和水介质进行瞬态数值计算，对比分析2种介质在叶轮和导叶计算域的能量变化及其规律。研究结果表明，工作介质雷诺数的改变对轴流式核主泵水力性能有明显影响，铅铋介质下主泵的扬程和效率均高于水介质。主泵在2种介质下理论扬程基本一致，但铅铋介质比水介质的实际扬程高出3%，表明2种介质差异主要体现在流动损失中；在对2种介质的水力损失形式的研究中发现，主泵在铅铋介质下的由摩擦引起的翼型损失小于水介质，并且铅铋介质的边界层分离点明显滞后。该研究可为LFR主泵水力设计提供一定参考。

多用途热管堆原型样机概念设计及堆芯物理分析

李潘潇, 张智鹏, 王成龙, 张大林, 秋穗正, 苏光辉

2023, 44(S2): 133-139. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0133

摘要(25) HTML (8) PDF(12)

摘要:
为了验证多用途小型热管反应堆核动力技术的可行性，设计了一个多用途热管堆核电源系统一体化集成实验装置。该实验装置利用高温钾热管实现堆芯冷却及能量传输过程，利用斯特林热机及方钴矿热电片实现动态及静态热电转换过程，本文通过蒙特卡洛程序MCNP完成样机堆芯物理设计，为热管堆原型样机落成提供技术支持。验证结果表明：选用富集度为80%的UN燃料可以满足设计需求；堆芯中子呈快中子谱分布；当2个以上的B₄C毒物朝向堆内，反应堆即可实现安全停堆；堆芯功率峰因子为1.37。该研究可为热管堆原型样机带核试验提供参考依据。

基于SAM预训练大模型智能化组合策略的燃料组件水下快速精确定位优化研究

陈相羽, 李豪, 王炳炎, 王坤, 万浩, 温忻

2023, 44(S2): 140-145. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0140

摘要(42) HTML (7) PDF(11)

摘要:
反应堆换料过程中燃料组件的精确定位是成功抓取与无损提升的关键，由于对安全性与效率的高要求，面对堆内复杂水下环境，需要在保证高精度的同时实现在多变环境中的适应性与可靠性，从而实现全自动精确定位。本研究针对该情况，建立目标检测深度学习模型（YOLO），并利用基于自然语言处理的“分割一切（SAM）”图像分割预训练大模型进行进一步切分，最后通过先验结构实现目标图形学后处理优化，提升燃料组件的定位精度。该多阶段的组合策略模型实现了全自动智能化定位过程的算法解释性，满足了换料保障现场的调试要求，同时通过目标快速检测-目标分割-形态学后处理计算的优化方案解决水下不确定性环境中的不稳定问题，具有高范用性与鲁棒性。在模拟试验环境中，该模型快速可靠、调试性强，单组件定位时间不超过1 s，误差不超过0.5 mm，换料定位效率提升超过90%，大幅度降低操作人员受辐照剂量。

考虑磁饱和的反应堆控制棒驱动机构混合等效磁网络模型分析

杨云, 徐奇伟, 赵一舟, 付国忠, 唐健凯

2023, 44(S2): 146-152. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0146

摘要(11) HTML (1) PDF(5)

摘要:
作为核反应堆中调节中子反应速率的执行机构，控制棒驱动机构（CRDM）的安全性和可靠性至关重要。本文提出了一种能快速、准确计算CRDM动态电磁特性的混合等效磁网络（MEMN）模型。该模型将等效磁路（EMC）法与磁阻网格（RN）法相结合，以平衡运算精度和速度之间的关系。引入磁通面积修正因子，以表征气隙磁通的边缘效应对气隙磁阻的影响。采用循环迭代的方法解决了导磁材料的非线性问题。通过本文模型的计算，得到了CRDM在不同工况下的磁密分布、线圈电感。本文模型适用于CRDM的快速优化设计和控制算法的研究。

可燃毒物对超临界二氧化碳反应堆组件反应性扰动特性研究

宗毅, 庄坤, 卢迪, 祁生栋

2023, 44(S2): 153-159. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0153

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摘要:
为探究可燃毒物对超临界二氧化碳反应堆组件反应性扰动特性，以得出稳定安全的反应性控制方法。本文提出了2类7种不同的可燃毒物布置模型，通过研究不同可燃毒物装载下组件的反应性变化，针对不同布置得出了通过调节可燃毒物消耗速度的反应性控制方法：①通过混合棒的聚集排布；②在一定的排布形式以及装载量下可以通过调节H配比，可以很好地实现反应性控制，如采用¹⁰B丰度为3%的B₄C可燃毒物装载，H配比为17.5时，反应性波动仅为2600pcm(1pcm=10⁻⁵)。得到了可燃毒物对超临界二氧化碳反应堆组件反应性扰动影响规律，提出了反应性控制方法。

一种新型稳压器波动管热分层特性研究

袁园, 陈聪, 周源, 唐彬

2023, 44(S2): 160-165. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0160

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摘要:
为缓解核动力装置下层空间布置紧张问题，提出一种新的波动管和电加热元件水槽结构方式的稳压器设计方案，探讨新型稳压器波动管热分层特性。新型稳压器新增了位于稳压器的上部空间并内置水平插入电加热元件的水槽，波动管改为从稳压器上封头接入，以减少杂质进入主回路。研究针对新型稳压器波动管结构的波入与波出工况，通过RELAP5系统分析结果作为边界，使用FLUENT大涡模型进行波动管三维流动换热仿真计算，获得热分层分布特征。研究结果表明，流动截面竖直方向上的热分层易发生在水平管段，而流动截面水平方向上的热分层易发生在稳压器出口处；2种工况下，波动管热分层产生的截面最大温差均在9 K以内，但波入工况会出现热流体淤积现象，造成长时间热分层，因此波入工况值得重点关注，最终2种工况研究结果都表明本结构波动管热分层带来的影响不大。

基于分段线圈的多线圈电感式棒位探测器棒位解算方法研究

高龙将, 唐健凯, 付国忠, 王益明, 张雪锋, 王翔翼, 罗凌雁

2023, 44(S2): 166-170. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0166

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摘要:
棒位探测器是核反应堆中棒位检测的主要设备，其检测精度直接影响核反应堆的安全正常运行，因此针对核反应堆用多线圈电感式棒位探测器提出了一种高精度棒位解算方法，分析了多线圈电感式棒位探测器的结构与测量原理，并基于有限元方法对多线圈电感式棒位探测器的动态特性进行了分析，结果表明每段检测线圈的感应电压存在一段特定区域，该区域的电压峰值呈线性变化。基于该特性提出了多线圈电感式棒位探测器的分段线圈的棒位解算方法，通过实时采集控制棒运动在不同位置时每段检测线圈当前周期内峰值，再根据棒位解算区域中感应电压峰值与棒位的关系进行棒位解算。最后，通过ANSYS和MATLAB/ Simulink软件搭建模型对理论分析和棒位解算方法进行验证，仿真结果表明所提棒位解算方法能够使棒位探测器测量误差检测精度<0.2 mm，满足对控制棒进行高精度棒位检测的需求。

折流板液滴分离的OpenFOAM模拟及验证

张申, 桂南, 杨星团, 屠基元, 姜胜耀

2023, 44(S2): 171-175. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0171

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摘要:
为预测折流板中的气液两相流行为，使用OpenFOAM基于Euler-Lagrangian方法以液滴为离散相、气流为连续相模拟了折流板中离散相与连续相双向耦合的流动。其中离散相受曳力作用，连续相分别使用了标准k-ε模型与k-ω SST模型进行模拟。本文介绍了网格的划分，对于OpenFOAM生成的Lagrangian粒子坐标的后处理以及基于OpenFOAM编写的折流板汽水分离效率程序。计算得到不同湍流模型在不同网格下的连续相流场、连续相速度场以及汽水分离效率与实验数据的对比。结果表明，无论是连续相还是离散相，湍流模型相较于网格对于结果的影响更大，k-ω SST模型计算结果更加准确，模型对于大尺寸直径的液滴分离效率预测准确，但是对于小直径液滴的分离效率预测不够准确。

微通道扩散焊式换热器封头结构对流动特性影响模拟分析

费俊杰, 刘旻昀, 席大鹏, 唐佳, 刘睿龙, 昝元锋, 黄彦平

2023, 44(S2): 176-183. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0176

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摘要:
为认识和掌握封头几何结构对以超临界二氧化碳（SCO₂）为工质的微通道扩散焊式换热器（简称MCD）流量分配能力的影响机理，并优化MCD封头结构设计，改善换热器流量分配均匀性，从而提高换热效能与安全性，本研究采用数值模拟方法，对不同结构MCD封头的流动和流量分配性能进行研究。为解决硬件条件对复杂换热器模型网格数量的限制，开发了一款可广泛用于MCD流体力学性能模拟的UDF程序，大量减少了重复性网格工作，降低了模拟计算的硬件门槛。运用Fluent软件，分析封头局部几何参数（不同封头壁面曲线参数、不同多孔挡板参数等）对压降、流量分配性能、流场的影响。研究结果表明，进口封头腔体内产生的涡旋以及出口封头的突缩结构会造成压力损耗，低高度的二次曲线壁面封头可以有效抑制涡旋产生，减少突缩结构造成的压力损耗，从而降低封头压降，提高流量分配性能。

HFETR辐照装置低温差流动换热过程热工性能分析

刘畅, 夏羿, 彭星杰, 赵文斌, 宋霁阳, 金帅, 刘润麒, 何宇豪

2023, 44(S2): 184-187. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0184

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摘要:
针对高通量工程试验堆（HFETR）内的某特定辐照装置进行研究分析。采用蒙特卡洛程序描述不同材料在不同轴向高度处的释热情况，利用STAR-CCM+程序建立了热工模型，并通过实测数据验证了模型的准确性，在给定工况下，热电偶测点温度计算值与实测值的偏差为2.3%。研究发现，在不考虑辐照装置堵头组件短管径向位置和轴向位置变化的情况下，通过改变热电偶的数量和排布，可能会在低温差流动换热过程中引起1%~4%的温度测量偏差。本文研究揭示了辐照装置中低温差流动换热过程的测量偏差问题，可以为提高温度测量的准确性，以及HFETR安全运行和工程设计提供关键的参考依据。

HFETR考验回路沉积源项精细计算研究

许非, 李垚, 章航洲, 李莉, 毕姗杉, 苟家元, 左伟, 吴耀

2023, 44(S2): 188-192. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0188

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摘要:
计算高通量工程试验堆（HFETR）考验回路中活化腐蚀产物产生的沉积源项对于指导工作人员剂量估算及设施退役意义重大。在CATE程序输运机理模型及计算程序基础上，对HFETR考验回路进行节点划分及输运参数确定，建立了考验回路的9节点输运模型，模拟实际运行条件下考验回路活化腐蚀产物沉积源项的产生及分布，并与实际监测数据进行对比验证。研究结果表明，模型计算结果与活化腐蚀产物迁移方向的净效应一致，证明了计算结果的可靠性；模型中沉积源项的剂量率误差在30%内且计算结果偏保守，证明了计算结果的准确性。本研究证明了考验回路沉积源项的多节点计算方法在试验堆复杂的运行条件下是适用的，具有较大的工程应用价值。

TaSiCN、TaAlSiCN和TaCrSiCN涂层在NaCl-KCl熔盐中的耐腐蚀性能对比研究

宁知恩, 吴璐, 张伟, 方忠强, 毛建军, 孔祥刚

2023, 44(S2): 193-200. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0193

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摘要:
为探究Al、Cr元素掺杂的TaSiCN涂层在NaCl-KCl熔盐中的耐腐蚀性能，利用射频磁控溅射技术并通过调控Ar和N₂混合气体的比例在Ta合金基体上制备了近似N原子百分比的TaSiCN、TaAlSiCN和TaCrSiCN纳米复合涂层。系统研究了涂层的微观结构、化学组成和耐NaCl-KCl熔盐的腐蚀性能。结果表明：所有沉积态的涂层均由TaN、TaC和Ta(C,N)纳米晶相以及SiC_x、SiN_x、CN_x和sp2无定型态碳等非晶相组成，其中掺杂元素Al、Cr也以非晶的形式存在于涂层之中。腐蚀后的涂层表面主要由Ta(C,N)、Ta₂O₅、Na₂Ta₄O₁₁晶相成分和一些非晶相成分构成。涂层在NaCl-KCl熔盐中的腐蚀行为主要以氧化腐蚀为主，熔盐侵蚀为辅。通过对比发现，涂层耐腐蚀性顺序为：TaAlSiCN＞TaSiCN＞TaCrSiCN。本研究可为熔盐电解坩埚表面涂层技术的开发提供一种具有应用潜力的候选涂层材料。

亚硫酸型除氧树脂除氧行为研究

李新政, 姜晗, 代爽, 曹骐, 刘东彬, 李孟醒

2023, 44(S2): 201-206. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0201

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摘要:
亚硫酸型除氧树脂的除氧性能与其结构、吸附动力学热力学关系密切，除氧机理的研究可以为树脂的后续优化提供理论指导。采用红外光谱法、扫描电子显微镜和色散谱分析表征除氧树脂的微观结构，开展了亚硫酸型除氧树脂的除氧动力学、除氧热力学研究。微观表征判断除氧树脂是以碳链为骨架的聚苯乙烯亚硫酸型树脂。除氧树脂对水中溶解氧的吸附动力学过程符合伪二级动力学模型，水中溶解氧的吸附过程存在化学吸附。扩散传质模型拟合显示耐高温除氧树脂的主要控制步骤为化学反应，阴离子树脂转型的亚硫酸型除氧树脂的主要控制步骤为液膜扩散。除氧树脂的吉布斯自由能变（ΔG）<0、焓变（ΔH）>0、熵变（ΔS）>0，表明其吸附为可逆的自发进行的吸热反应，升高温度有利于吸附的进行。本文研究结果可以为除氧树脂的性能优化提供指导。

空间核动力源概率安全分析技术初步研究

贺芳, 丁宏春, 刘明皓

2023, 44(S2): 207-210. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0207

摘要(32) HTML (3) PDF(16)

摘要:
针对空间核动力源冗余及多样性较弱、不可维修性、高移动性、寿期内经历多个任务阶段的特点给安全评估带来的一系列新的问题，采用概率安全分析（PSA）方法开展了空间核动力源安全评估技术初步研究。深入辨析了每个任务阶段的特殊安全要求，在此基础上构建了适用于空间核动力源的综合安全目标体系。研究表明，目前空间核动力源的安全评估还面临诸多技术挑战，且于我国而言，在设计阶段同步开展空间核动力源的安全评估技术研究将有助于提高设计效率，并增强空间核动力源的安全性。

电感耦合等离子体质谱法测定镍基合金中痕量砷、铅、锡、锑

罗凤焱, 李文强, 张庆宇, 王国华, 郭晋轩

2023, 44(S2): 211-215. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0211

摘要(19) HTML (5) PDF(6)

摘要:
为准确测定镍基合金（NBS）中痕量砷、铅、锡、锑，采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS），于HNO₃-HCl体系密闭溶解镍基合金，同位素质量数分别选择75、208、120、121，以动能歧视（KED）模式克服质谱干扰，内标⁸⁹Y在线监测仪器稳定性和基体效应，建立了NBS中砷、铅、锡、锑的测定方法。在优化条件下，各元素的信号强度与对应质量浓度呈良好的线性关系，线性相关系数大于0.9999，当称样量为0.1 g时，4种元素的检测范围为10.0 ~100.0 μg/g，各元素检测下限均优于0.15 ng/mL，加标回收率在85%~120%之间，加标样品的相对标准偏差（n=6）为2.8%~5.6%。该方法的灵敏度、精密度和准确度良好，可用于NBS中痕量As、Pb、Sn、Sb的测定。

石墨炉原子吸光谱法测定铀硅化合物中痕量镉的含量

邓丹, 罗凤焱, 李洁

2023, 44(S2): 216-220. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0216

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摘要:
为准确测得铀硅化合物燃料中镉的含量，为核燃料及材料的产品质量控制和评价提供可靠数据，采用石墨炉原子吸收光谱法对铀硅化合物中镉含量的测定进行研究。通过对实验过程中的溶样条件，仪器最佳参数条件和基体影响行为的探索，得到最佳实验参数，并进行了精密度和加入回收实验。实验结果表明：当镉的质量分数的检测范围为0.1~1.0 µg/g，方法回收率为87%~110%，相对标准偏差优于15%。该方法准确便捷，满足铀硅化合物中痕量镉的测定，可在科研或生产中使用。

基于喷射器的一回路抽真空系统研究

闵济东, 李京, 胡文盛, 武心壮

2023, 44(S2): 221-225. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0221

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摘要:
为解决反应堆冷却剂系统主泵进行动排气或者联合排气时，因主系统压力快速下降，主泵的副瓦载荷瞬时剧增导致副瓦烧毁的问题，根据机组主系统充水排气操作流程，提出增设一套抽真空系统用于解决大小修后主系统低水位充水排气需求。通过仿真计算表明，该系统投用后70 min 内可将一回路绝对压力抽至0.015 MPa，在90 min内抽至0.01 MPa。核电厂在后续大修中进行了抽真空系统的推广试用，结果显示核岛主系统含气率一次合格，成功地消除启动主泵进行动排气或者联合排气时导致主泵副瓦烧毁的重大隐患，显著提升了主泵的运行可靠性，同时实现节约大修关键路径10 h以上。

留言板

2023年第44卷第S2期

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2023年 第44卷 第S2期

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