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自然循环铅基快堆一回路系统驱动力的关键影响因素研究

翟鹏迪 朱恩平 赵鹏程 王天石 于涛

翟鹏迪, 朱恩平, 赵鹏程, 王天石, 于涛. 自然循环铅基快堆一回路系统驱动力的关键影响因素研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 66-73. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0066
引用本文: 翟鹏迪, 朱恩平, 赵鹏程, 王天石, 于涛. 自然循环铅基快堆一回路系统驱动力的关键影响因素研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 66-73. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0066
Zhai Pengdi, Zhu Enping, Zhao Pengcheng, Wang Tianshi, Yu Tao. Research on the Key Influencing Factors of the Driving Force of the Primary Loop System of the Natural Circulation Lead-based Fast Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 66-73. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0066
Citation: Zhai Pengdi, Zhu Enping, Zhao Pengcheng, Wang Tianshi, Yu Tao. Research on the Key Influencing Factors of the Driving Force of the Primary Loop System of the Natural Circulation Lead-based Fast Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 66-73. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0066

自然循环铅基快堆一回路系统驱动力的关键影响因素研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0066
基金项目: 国家自然科学基金(11905101)
详细信息
    作者简介:

    翟鹏迪(2000—),男,在读本科,主要从事反应堆热工水力与事故分析,E-mail: pengdi_zhai@163.com

    通讯作者:

    赵鹏程,E-mail: pengcheng.zhao@usc.edu.cn

  • 中图分类号: TL334

Research on the Key Influencing Factors of the Driving Force of the Primary Loop System of the Natural Circulation Lead-based Fast Reactor

  • 摘要: 为深入研究影响自然循环铅基快堆一回路系统驱动力的关键因素,以自然循环铅基快堆SNCLFR-10为研究对象构建描述反应堆一回路自然循环稳态运行模型;从理论上量化分析冷/热池的热量传递、热源和热阱温度非线性分布、反应堆压力容器壁散热3种因素对自然循环能力的影响,并开展了相关数值模拟验证。结果表明,数值模拟结果与本研究理论计算值吻合较好;3种自然循环能力影响机制耦合作用将降低SNCLFR-10系统自然循环能力,导致自然循环流量与功率之间不再满足理论所得的1/3次方关系。

     

  • 图  1  SNCLFR-10一回路主冷却剂系统结构示意图

    Figure  1.  Schematic Diagram of SNCLFR-10 Primary Loop Main Coolant System Structure  

    图  2  自然循环系统简化图

    Figure  2.  Schematic Diagram of Natural Circulation System

    图  3  二维模型示意图

    Figure  3.  Schematic Diagram of 2D Model

    图  4  自然循环偏差与非线性温度分布函数的关系

    Figure  4.  Relationship between Natural Circulation Deviation and Nonlinear Temperature Distribution Function

    表  1  SNCLFR-10主要设计参数

    Table  1.   Main Design Parameters of SNCLFR-10

    参数数值
    热功率/ MW 10
    冷却剂 LBE合金
    驱动方式 自然循环
    一回路运行压力/ MPa 0.1
    堆芯进口温度/K 533.15
    质量流量/ (kg·s−1) 529.4
    循环高度/m 2
    堆芯出口温度/K 673.15
    活性区高度/mm 800
    芯块直径/mm 12.7
    燃料组件内棒数 61
    燃料组件数 74
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    表  2  冷/热池传热对SCNLFR-10自然循环能力的影响

    Table  2.   Effect of Heat Transfer in Cold/hot Pool on Natural Circulation Capacity of SCNLFR-10

    $ \Delta {T_1} $/℃$ \Delta {T_2} $/℃$ \varepsilon $/%
    10.98−0.75
    54.89−3.75
    109.78−7.50
    2019.55−15.01
    3029.33−22.51
    4039.10−30.01
    5048.87−37.51
    10097.70−75.01
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    表  3  等比例模型验证结果

    Table  3.   Verification Results of Equal Scale Model

    参数原堆参数模型参数相对误差/%
    进口温度/K533534.400.26
    出口温度/K663662.580.06
    质量流量/(kg·s−1)529529.520.10
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    表  4  冷/热池间传热对自然循环能力的影响(CFD模拟结果)

    Table  4.   Effect of Heat Transfer in Cold/hot Pool on Natural Circulation Capacity (CFD Simulation Results)

    $ \Delta {T_1} $/℃理论$\varepsilon $/%模拟$\varepsilon $/%相对误差/%
    1−0.75−0.689.33
    5−3.75−3.458.00
    10−7.50−7.036.27
    20−15.01−14.553.06
    30−22.51−21.534.35
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    表  5  热源、热阱温度非线性分布对自然循环能力影响(CFD模拟结果)

    Table  5.   Effect of Nonlinear Temperature Distribution of Heat Source and Heat Sink on Natural Circulation Capability (CFD Simulation Results)

    acah理论$\varepsilon $/%模拟$\varepsilon $/%相对误差/%
    5−5−0.82−0.6520.73
    10,−10−1.63−1.3219.02
    20−20−3.27−2.9111.01
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    表  6  反应堆压力容器散热对系统自然循环能力的影响(CFD模拟结果)

    Table  6.   Effect of Reactor Vessel Heat Dissipation on Natural Circulation Capacity of the System (CFD Simulation Results)

    $ \Delta {T_{\text{3}}} $/℃$ \Delta {T_{\text{4}}} $/℃$ \varepsilon $(理论)/%$ \varepsilon $(模拟)/%相对误差/%
    1.02.70.490.5612.50
    2.05.40.991.1110.81
    3.08.11.481.607.50
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    表  7  3种情况耦合对系统自然循环能力的影响(CFD模拟结果)

    Table  7.   Effect of Three Coupling Conditions on Natural Circulation Capacity (CFD Simulation Results)

    $ \Delta {T_1} $/℃$ \Delta {T_3} $/℃$ \varepsilon $(理论)/%$ \varepsilon $(模拟)/%相对误差/%
    11−3.52−3.2211.36
    12−6.52−6.217.82
    53−3.03−2.8910.56
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-21
  • 录用日期:  2021-06-06
  • 修回日期:  2021-06-06
  • 刊出日期:  2022-06-07

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