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气隙和接触热阻对乏燃料干法转运容器热工安全影响研究

祝玲琳 唐琼辉 陈柳彤

祝玲琳, 唐琼辉, 陈柳彤. 气隙和接触热阻对乏燃料干法转运容器热工安全影响研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(6): 230-236. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0230
引用本文: 祝玲琳, 唐琼辉, 陈柳彤. 气隙和接触热阻对乏燃料干法转运容器热工安全影响研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(6): 230-236. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0230
Zhu Linglin, Tang Qionghui, Chen Liutong. Research on Influence of Air Gap and Contact Thermal Resistance on Thermal Safety of Container for Spent Fuel Dry Transfer[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(6): 230-236. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0230
Citation: Zhu Linglin, Tang Qionghui, Chen Liutong. Research on Influence of Air Gap and Contact Thermal Resistance on Thermal Safety of Container for Spent Fuel Dry Transfer[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(6): 230-236. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0230

气隙和接触热阻对乏燃料干法转运容器热工安全影响研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0230
详细信息
    作者简介:

    祝玲琳(1985—),女,工程师,现主要从事乏燃料干法贮存热工安全研究,E-mail: zhull20@126.com

  • 中图分类号: TL93

Research on Influence of Air Gap and Contact Thermal Resistance on Thermal Safety of Container for Spent Fuel Dry Transfer

  • 摘要: 结构壳体与铅层之间的间隙是转运容器向外排出衰变热的重要路径之一,2者之间的传热受到接触热阻的影响。在对转运容器热工安全评估的基础上,针对灌铅工艺中产生的铅层和结构壳体之间的接触热阻设定不同厚度的空气间隙,采用FLUENT软件进行了水平转运期间的瞬态数值模拟。结果表明,铅层和结构壳体之间的空气间隙层所产生的接触热阻致使2者之间产生显著的温差,温差随空气层厚度增加而变大,温差过大易导致铅层过热从而失去屏蔽安全功能;在转运容器的设计和制造中,灌铅工艺的优化应以缩小铅层和结构壳体间的间隙为目标,增强2层结构间的贴合度,以提高转运容器的热工安全性能。

     

  • 图  1  转运容器结构示意图

    Figure  1.  Structural Schematic Diagram of Transfer Container

    图  2  无接触热阻时各部件温度变化曲线

    Figure  2.  Temperature Variation Curve of Each Structure without Contact Thermal Resistance

    图  3  无空气层和3 mm空气层的DSC外壳温度变化对比图   

    Figure  3.  Comparison Chart of DSC Shell Temperature Variation (Without Air Gap Layer VS with 3 mm Air Gap Layer)

    图  4  无空气层和3 mm空气层的铅层和结构壳体温度变化对比图

    Figure  4.  Comparison Chart of Temperature Variation of Lead Layer and Structural Shell (Without Air Gap Layer VS with 3 mm Air Gap Layer) Gap

    图  5  3 mm空气层下铅层与结构壳体的温度云图

    Figure  5.  Temperature Contours of Lead Layer and Structure Shell With 3 mm Air Gap Layer

    图  6  1.5 mm空气层下铅层与结构壳体的温度云图

    Figure  6.  Temperature Contours of Lead Layer and Structure Shell with 1.5 mm Air Gap Layer

    图  7  1 mm空气层下铅层与结构壳体的温度分布

    Figure  7.  Temperature Distribution of Lead Layer and Structure Shell with 1 mm Air Gap Layer

    图  8  3、1.5、1 mm空气层厚度下DSC外壳、铅层和结构壳体的温度变化对比

    Figure  8.  Comparison of Temperature Variations of DSC Shell, Lead Layer and Structure Shell with 3 mm, 1.5 mm and 1 mm Air Gap Layers

    图  9  DSC外壳、铅层和结构壳体在不同空气层厚度下的的温度变化对比

    Figure  9.  Comparison of the Temperature Variations of the DSC Shell, Lead Layer and the Structural Shell with Air Gap Layers in Different Thicknesses

    表  1  不同热发射率下铅层和结构壳体的最高温度(3 mm空气层)

    Table  1.   Maximum Temperatures of Lead Layer and Structure Shell with 3 mm Air Gap Layer with Different Emissivities

    参数热发射率为0热发射率为0.28温差/K
    铅层最高温度/K423.23423.21+0.020
    结构壳体最高温度/K366.11366.11−0.002
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    表  2  不同空气层下铅层和结构壳体在最终状态下的最高温度   

    Table  2.   Maximum Temperatures of Lead Layer and Structure Shell with Different Air Gap Layers in Final State

    对比条件最终状态
    所用时间/h
    铅层最高
    温度/K
    结构壳体
    最高温度/K
    两壁面
    温差/K
    3 mm空气层48.9423.7366.457.3
    1.5 mm空气层65.5413.1383.229.9
    1 mm空气层71.6410.7385.325.4
    实际测量值422.6392.630.0
      注:“—”—无此项
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    表  3  顶盖覆盖板和底部屏蔽层的热流密度

    Table  3.   Heat Fluxs of Top Cover Plate and Bottom Shielding Layer

    空气层顶盖覆盖板热流
    密度/(W·m−2
    底部屏蔽层热流
    密度/(W·m−2
    3 mm空气层3290.1449.6
    1.5 mm空气层3138.2436.2
    1 mm空气层3108.0432.9
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    表  4  顶盖覆盖板和底部屏蔽层的最高温度和安全限值

    Table  4.   Maximum Temperatures and Safety Limits of Top Cover Plate and Bottom Shielding Layer

    对比条件顶盖覆盖板最高温度/K底部屏蔽层最高温度/K
    3 mm空气层359.75350.46
    1.5 mm空气层359.09349.07
    1 mm空气层359.01348.73
    长期操作安全限值394.15394.15
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-10
  • 修回日期:  2020-10-28
  • 刊出日期:  2021-12-09

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