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自然循环反应堆全寿期流量分配多目标优化研究

朱恩平 王婷 赵鹏程 凌煜凡 王天石 于涛

朱恩平, 王婷, 赵鹏程, 凌煜凡, 王天石, 于涛. 自然循环反应堆全寿期流量分配多目标优化研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 78-84. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0078
引用本文: 朱恩平, 王婷, 赵鹏程, 凌煜凡, 王天石, 于涛. 自然循环反应堆全寿期流量分配多目标优化研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 78-84. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0078
Zhu Enping, Wang Ting, Zhao Pengcheng, Ling Yufan, Wang Tianshi, Yu Tao. Research on Multi-objective Optimization of Flow Distribution in Natural Circulation Reactor Whole Life-Cycle[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 78-84. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0078
Citation: Zhu Enping, Wang Ting, Zhao Pengcheng, Ling Yufan, Wang Tianshi, Yu Tao. Research on Multi-objective Optimization of Flow Distribution in Natural Circulation Reactor Whole Life-Cycle[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 78-84. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0078

自然循环反应堆全寿期流量分配多目标优化研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0078
基金项目: 国家自然科学基金(11905101)
详细信息
    作者简介:

    朱恩平(1999—),男,硕士研究生,现从事核能科学与工程方面研究,E-mail: zhuenping1999@163.com

    通讯作者:

    赵鹏程,E-mail: zhaopengcheng1030@163.com

  • 中图分类号: TL421

Research on Multi-objective Optimization of Flow Distribution in Natural Circulation Reactor Whole Life-Cycle

  • 摘要: 堆芯流量分配设计是自然循环反应堆堆芯结构优化的重点内容,对提升堆芯经济性和安全性具有重要意义。基于反应堆闭式并联多通道模型构建了局部最优流量分配计算模型,并对现有的流量分配方案进行分析,针对其局限性,提出了一种基于最佳时区的多目标综合评价法,可实现反应堆全寿期多目标流量分配优化计算;根据所提出的理论,结合TOPSIS综合评价法,以自然循环下最大输出功率、反应堆寿期内出口最大温差以及最大温差随时间变化标准偏差为属性值,开展小型长寿命自然循环铅铋快堆SPALLER-100的堆芯流量分配方案优化研究。研究结果表明,基于运行时间为3182 d功率分布所得SPALLER-100反应堆堆芯流量分配方案最佳,与基于寿期初功率分布所得流量分配方案相比,所得方案堆芯出口最大温差降低30 K,堆芯出口最大温差随时间变化的标准偏差降低41%,反应堆自然循环最大输出功率提高2.35%。

     

  • 图  1  闭式并联通道示意图

    W—质量流量;W1~7—第1~7个冷却剂通道的质量流量

    Figure  1.  Schematic Diagram of Closed Parallel Channels

    图  2  燃料组件功率随时间变化关系

    Figure  2.  The Relationship between Fuel Assembly Power and Time

    图  3  全局最优流量分配计算模型流程图

    Figure  3.  Flow Chart of The Global Optimal Flow Distribution Calculation Model

    图  4  各时间节点在36个时间节点下堆芯出口最大温差

    Figure  4.  Maximum Core Outlet Temperature Differences of Distribution Schemes at 36 Time Nodes

    图  5  各流量分配方案在循环寿期内堆芯出口最大温差

    Figure  5.  Maximum Core Outlet Temperature Differences of Distribution Schemes during Cycle Lifetime

    图  6  35种分配方案下运行时间与出口最大温差拟合曲线

    Figure  6.  Fitting Curve of Operation Hours and Maximum Core Outlet Temperature Difference under 35 Distribution Schemes

    图  7  进出口温差170 K下各方案自然循环最大功率输出

    Figure  7.  Maximum Power Output of Each Scheme in Natural Circulation at an Inlet and Outlet Temperature Difference of 170 K

    图  8  35种流量分配方案决策问题图解

    Figure  8.  Diagram of Decision-making Problems of 35 Flow Distribution Schemes

    表  1  SPALLER-100反应堆堆芯设计参数

    Table  1.   SPALLER-100 Reactor Core Design Parameters

    设计方案SPALLER-100
    功率/MW100
    冷却剂入口温度/℃300
    冷却剂出口温度/℃460
    活性区高度/cm150
    平均线功率密度/(kW·m−1)22.77
    燃料棒内、外直径/cm1.2、1.35
    燃料棒间隙填充气体He
    气隙厚度/mm0.15
    包壳材料HT-9
    包壳厚度/mm0.6
    组件数目48
    组件内燃料棒数目61
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-14
  • 录用日期:  2021-11-29
  • 修回日期:  2021-06-17
  • 刊出日期:  2022-06-07

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