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高燃耗下UN-FeCrAl燃料元件稳态及瞬态热力学性能分析

何梁 秋博文 邬周志 张坤 陈平 高士鑫 胡超 邢硕 范航 王严培

何梁, 秋博文, 邬周志, 张坤, 陈平, 高士鑫, 胡超, 邢硕, 范航, 王严培. 高燃耗下UN-FeCrAl燃料元件稳态及瞬态热力学性能分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(6): 227-231. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0227
引用本文: 何梁, 秋博文, 邬周志, 张坤, 陈平, 高士鑫, 胡超, 邢硕, 范航, 王严培. 高燃耗下UN-FeCrAl燃料元件稳态及瞬态热力学性能分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(6): 227-231. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0227
He Liang, Qiu Bowen, Wu Zhouzhi, Zhang Kun, Chen Ping, Gao Shixin, Hu chao, Xing Shuo, Fan Hang, Wang Yanpei. Steady and Transient Thermodynamic Performance Analysis of UN-FeCrAl Fuel Element under High Burnup[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(6): 227-231. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0227
Citation: He Liang, Qiu Bowen, Wu Zhouzhi, Zhang Kun, Chen Ping, Gao Shixin, Hu chao, Xing Shuo, Fan Hang, Wang Yanpei. Steady and Transient Thermodynamic Performance Analysis of UN-FeCrAl Fuel Element under High Burnup[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(6): 227-231. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0227

高燃耗下UN-FeCrAl燃料元件稳态及瞬态热力学性能分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0227
基金项目: 国家重点研发计划(2019YFB1901000)
详细信息
    作者简介:

    何 梁(1992—),男,工程师,现主要从事反应堆燃料元件设计工作,E-mail: heliang10@163.com

  • 中图分类号: TL352

Steady and Transient Thermodynamic Performance Analysis of UN-FeCrAl Fuel Element under High Burnup

  • 摘要: UN-FeCrAl燃料元件作为耐事故燃料高燃耗应用的主要方案之一,需要评价其在高燃耗下的热力学性能。本研究基于FUPAC软件对UN-FeCrAl燃料元件在燃耗68000 MW·d·t−1(U)下的稳态和瞬态热力学性能进行了预测。分析结果表明,稳态工况下UN-FeCrAl燃料元件热力学性能表现良好;瞬态下UN燃料的芯块中心温度最高仅为862℃,可满足芯块温度设计要求,但FeCrAl包壳的瞬态应力最大将达到459 MPa,且瞬态应变量相比于稳态应变量最大增加了0.23%,这可能会使FeCrAl包壳面临瞬态应力和瞬态应变准则超限的风险。因此后续研究应重点关注FeCrAl包壳的瞬态应力和瞬态应变性能。

     

  • 图  1  芯块-包壳间隙随燃耗变化曲线

    Figure  1.  Pellet-Cladding Gap Variation with Burnup

    图  2  芯块中心温度随燃耗变化曲线

    Figure  2.  Pellet Center Temperature Variation with Burnup

    图  3  燃料元件内压和裂变气体释放率随燃耗变化曲线

    Figure  3.  Fuel Element Internal Pressure and Fission Gas Release Rate Variation with Burnup

    图  4  包壳Mises应力随燃耗变化曲线

    Figure  4.  Cladding Mises Stress Variation with Burnup

    图  5  包壳应变随燃耗变化曲线

    Figure  5.  Cladding Strain Variation with Burnup

    表  1  燃料元件主要参数

    Table  1.   Main Parameters of Fuel Element

    参数 数值
    包壳外径/mm 9.5
    包壳内径/mm 8.8
    包壳厚度/mm 0.35
    芯块直径/mm 8.632
    气腔长度/mm 180.9
    活性段长度/mm 3657.6
    初始气体压力/MPa 2.1
    初始气体温度/℃ 20
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    表  2  瞬态性能对比

    Table  2.   Comparison of Transient Property

    参数名 参数值
    线功率密度为
    24.46 kW/m
    线功率密度为
    33.34 kW/m
    燃耗/[MW·d·t−1(U)] 68000
    经历循环数 4 3
    燃料瞬态温度/℃ 862 989
    燃料元件内压/MPa 8.7 9.2
    包壳瞬态应力/MPa 459 478
    包壳瞬态应变变化量/% 0.23 0.29
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-21
  • 修回日期:  2022-08-25
  • 刊出日期:  2022-12-14

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