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高体积份额下包覆颗粒弥散燃料等效热学模型

李文杰 余红星 肖忠 焦拥军 陈平 李垣明

李文杰, 余红星, 肖忠, 焦拥军, 陈平, 李垣明. 高体积份额下包覆颗粒弥散燃料等效热学模型[J]. 核动力工程, 2021, 42(4): 96-100. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0096
引用本文: 李文杰, 余红星, 肖忠, 焦拥军, 陈平, 李垣明. 高体积份额下包覆颗粒弥散燃料等效热学模型[J]. 核动力工程, 2021, 42(4): 96-100. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0096
Li Wenjie, Yu Hongxing, Xiao Zhong, Jiao Yongjun, Chen Ping, Li Yuanming. An Effective Thermal Model of Coated Particle Dispersed Fuel with High Packing Fraction[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(4): 96-100. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0096
Citation: Li Wenjie, Yu Hongxing, Xiao Zhong, Jiao Yongjun, Chen Ping, Li Yuanming. An Effective Thermal Model of Coated Particle Dispersed Fuel with High Packing Fraction[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(4): 96-100. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0096

高体积份额下包覆颗粒弥散燃料等效热学模型

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0096
详细信息
    作者简介:

    李文杰(1986—),男,高级工程师,现主要从事新型反应堆核燃料性能研究,E-mail: lwj04@tsinghua.org.cn

  • 中图分类号: TL352.2+2

An Effective Thermal Model of Coated Particle Dispersed Fuel with High Packing Fraction

  • 摘要: 准确预测核燃料的内部温度场分布,对于多层包覆颗粒弥散核燃料元件的设计及筛选具有重要的指导意义。在多层包覆颗粒及其弥散块体的等效热导率模型基础上,本文针对高体积份额情况分析建立了等效传热计算方法及其数值模型,并研究了燃料颗粒的空间分布、颗粒尺寸、团聚等因素对核燃料元件温度场的影响。本研究有助于理解多层包覆颗粒弥散核燃料元件的微观-宏观传热机制,为核燃料的设计、优化和安全分析提供了分析工具。

     

  • 图  1  三维精细化模型

    Figure  1.  Geometry of 3D Fine Model

    图  2  颗粒均匀化模型

    Figure  2.  Geometry of Particle Homogenized Model

    图  3  单个包覆颗粒模型

    Figure  3.  Geometry of a Single Particle Model

    图  4  块体均匀化模型

    Figure  4.  Geometry of Bulk Homogenized Model

    图  5  瞬态工况4种模型最高温度变化

    Figure  5.  Peak Temperature Evolutions in a Transient by 4 Models   

    图  6  颗粒随机模型

    Figure  6.  Geometry of Particle Stochastic Model

    表  1  热学分析中包覆颗粒各区域参数

    Table  1.   Regional Parameters of Coated Particle in Thermal Analysis

    编号材料内径外径热导率温度
    1核芯a0a1k1T1(r,Ф)
    2缓冲层a1a2k2T2(r,Ф)
    $ \vdots $$ \vdots $$ \vdots $$ \vdots $$ \vdots $$ \vdots $
    N+1最外层涂层aNaN+1kN+1TN+1(r,Ф)
    N+2基体aN+2kN+2TN+2(r,Ф)
      “—”—不适用
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    表  2  验证计算所使用的热学输入条件

    Table  2.   Thermal Inputs for Verification Computation

    参数名参数值
    初始温度/K600
    边界温度/K600
    燃料核芯功率密度/(W·mm−3)3.315
    包覆颗粒功率密度/(W·mm−3)1.019
    块体功率密度/(W·mm−3)0.3078
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    表  3  4种模型的预测温度扰动

    Table  3.   Predicted Temperature Rises of Four Models

    模型最高温度扰动/K平均温度扰动/K
    精细化模型155.7960.4
    颗粒均匀化模型123.9257.18
    单颗粒模型46.211.67
    块体均匀化模型66.3733.24
      温度扰动为局部或平均温度减去边界温度
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    表  4  随机模型的预测温度扰动

    Table  4.   Predicted Temerature Rises of Partcile Stochastic Models

    模型最高温度扰动/K平均温度扰动/K
    颗粒均匀化模型123.9257.18
    随机模型1128.1450.70
    随机模型2126.2850.61
    随机模型3132.2350.19
    平均值128.950.5
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    表  5  等间距模型与密排模型的温度扰动

    Table  5.   Temperature Rises of Equally Distributed Compact Arranged and Models

    模型最高温度扰动/K平均温度扰动/K
    密排模型77.2424.47
    等间距模型74.2424.48
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-21
  • 修回日期:  2020-10-17
  • 刊出日期:  2021-08-15

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