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金属核燃料快中子脉冲堆核-热-力耦合计算方法研究

郭树伟 陈珍平 江新标 李达 张信一 王立鹏 胡田亮 谢金森 于涛

郭树伟, 陈珍平, 江新标, 李达, 张信一, 王立鹏, 胡田亮, 谢金森, 于涛. 金属核燃料快中子脉冲堆核-热-力耦合计算方法研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(4): 31-37. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0031
引用本文: 郭树伟, 陈珍平, 江新标, 李达, 张信一, 王立鹏, 胡田亮, 谢金森, 于涛. 金属核燃料快中子脉冲堆核-热-力耦合计算方法研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(4): 31-37. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0031
Guo Shuwei, Chen ZhenPing, Jiang Xinbiao, Li Da, Zhang Xinyi, Wang Lipeng, Hu Tianliang, Xie Jinsen, Yu Tao. Study on Neutronic/Thermal-Mechanical Coupling Calculation Method for Fast-neutron Pulse Reactor with Metallic Nuclear Fuel[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(4): 31-37. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0031
Citation: Guo Shuwei, Chen ZhenPing, Jiang Xinbiao, Li Da, Zhang Xinyi, Wang Lipeng, Hu Tianliang, Xie Jinsen, Yu Tao. Study on Neutronic/Thermal-Mechanical Coupling Calculation Method for Fast-neutron Pulse Reactor with Metallic Nuclear Fuel[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(4): 31-37. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0031

金属核燃料快中子脉冲堆核-热-力耦合计算方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0031
基金项目: 湖南省教育厅科学研究项目(19A422);湖南省科技人才托举工程项目(2020TJ-N02)
详细信息
    作者简介:

    郭树伟(1996—),男,硕士研究生,主要从事反应堆物理计算与安全分析研究工作,E-mail: gshwei@126.com

    通讯作者:

    陈珍平,E-mail: chzping@yeah.net

  • 中图分类号: TL364

Study on Neutronic/Thermal-Mechanical Coupling Calculation Method for Fast-neutron Pulse Reactor with Metallic Nuclear Fuel

  • 摘要: 为确保快中子脉冲堆的运行安全,防止超临界脉冲对材料造成物理损伤,需要对快中子脉冲堆脉冲工况进行模拟分析。本研究针对金属核燃料快中子脉冲堆,基于点堆动力学方法、蒙特卡罗方法和有限元力学方法,对Godiva-I脉冲堆开展了核热力耦合计算分析研究。计算结果表明,反应性温度系数和裂变率与实验值吻合良好,反应性、温升、表面位移、表面应力与实际情况相符合。因此,本文建立的“核-热-力”耦合计算方法可应用于金属核燃料快中子脉冲堆的分析计算,具有一定的可靠性。

     

  • 图  1  金属核燃料快中子脉冲堆核热力耦合分析方法

    Figure  1.  Neutronic/Thermal-Mechanical Coupling Method for Fast-neutron Pulse Reactor with Metallic Nuclear Fuel

    图  2  金属铀球壳堆网格划分模型

    Figure  2.  Meshing Model of Metal Uranium Spherical Shell Reactor      

    图  3  不同网格单元运行时间及最大相对偏差

    Figure  3.  Running Time and Maximum Relative Deviation of Different Grid Cells

    图  4  网格数92019时内外表面位移与表面应力计算对比

    Figure  4.  Comparison of Internal and External Surface Displacement with Surface Stress of 92019 Grid Cells

    图  5  绝热边界条件下不同温升下的径向位移变化

    Figure  5.  Changes of Radial Displacement at Different Temperature Rises under Adiabatic Boundary Conditions

    图  6  初始周期16.2 μs时裂变率和反应性随时间的变化

    tm—裂变率峰值时刻

    Figure  6.  Variation of Fission Rate and Reactivity with Time During the Initial Period of 16.2 μs

    图  7  初始周期16.2 μs时温度分布云图和系统温升对比

    Figure  7.  Comparison of Temperature Distribution Nephogram and System Temperature Rise during the Initial Period of 16.2 μs

    图  8  初始周期16.2 μs时系统表面位移和表面应力随时间的变化

    Figure  8.  Variation of Surface Displacement and Stress of the System with Time During the Initial Period of 16.2 μs

    图  9  初始周期16.2 μs时形变和应力分布云图

    Figure  9.  Nephogram of Deformation and Stress Distribution During the Initial Period of 16.2 μs

    表  1  物性参数

    Table  1.   Physical Property Parameters

    参数数值
    密度/ (g·cm−3)18.7398
    泊松比0.23
    杨氏模量/GPa208
    热传导系数/ (W·m−1·K−1)27.5
    热膨胀系数/K−11.35×10−5
    比热容/(J·kg−1·K−1)117.72
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-19
  • 录用日期:  2021-11-17
  • 修回日期:  2021-11-17
  • 网络出版日期:  2022-08-12
  • 刊出日期:  2022-08-04

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