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基于无人潜航器中的热管冷却反应堆安全分析研究

徐世浩 苟军利 单建强 欧阳泽宇 王政

徐世浩, 苟军利, 单建强, 欧阳泽宇, 王政. 基于无人潜航器中的热管冷却反应堆安全分析研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(S1): 21-28. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S1.0021
引用本文: 徐世浩, 苟军利, 单建强, 欧阳泽宇, 王政. 基于无人潜航器中的热管冷却反应堆安全分析研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(S1): 21-28. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S1.0021
Xu Shihao, Gou Junli, Shan Jianqiang, Ouyang Zeyu, Wang Zheng. A Study on Safety Analysis of Heat Pipe Cooled Reactor Based on Unmanned Underwater Vehicle[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(S1): 21-28. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S1.0021
Citation: Xu Shihao, Gou Junli, Shan Jianqiang, Ouyang Zeyu, Wang Zheng. A Study on Safety Analysis of Heat Pipe Cooled Reactor Based on Unmanned Underwater Vehicle[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(S1): 21-28. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S1.0021

基于无人潜航器中的热管冷却反应堆安全分析研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S1.0021
基金项目: 国家重点研发计划课题(2019YFB1901204)
详细信息
    作者简介:

    徐世浩(1998—),男,硕士研究生,现从事反应堆运行安全方面的研究工作,E-mail: 895393181@qq.com

  • 中图分类号: TL33

A Study on Safety Analysis of Heat Pipe Cooled Reactor Based on Unmanned Underwater Vehicle

  • 摘要: 以一种无人潜航器中搭载的紧凑型热管冷却反应堆为基础,建立并优化了一套完整的热管冷却反应堆安全分析模型,其中主要包含堆芯功率瞬变模型、高温热管冷态启动模型与二维热管网格模型,针对研究对象设计了事故工况下的非能动余热排出系统。基于上述模型,开发了热管冷却反应堆安全分析程序,并采用文献公开的冷态启动、稳定运行的实验数据与安全分析程序计算数据进行了对比验证。验证结果表明,程序计算结果与实验数据符合较好,证明了程序的准确性与预测结果的可靠性。使用程序针对研究对象进行了典型事故分析,计算得到了热阱丧失事故下,反应堆在事故发生后延迟3 s停堆与延迟6 s投入余热排出系统条件下峰值温度为1085 K,低于热管最高运行温度;计算得到了引入阶跃正反应性0.47 $与线性引入反应性±0.05$下热管冷却反应堆温度的瞬态响应,最高温度低于热管最高运行温度,且在反馈调节作用下反应堆在更高功率水平下达到新的稳态,体现了反应堆设计方案的良好固有安全性。

     

  • 图  1  无人潜航器热管冷却反应堆结构示意图

    Figure  1.  Structural Diagram of Heat Pipe Cooled Reactor for Unmanned Underwater Vehicle

    图  2  单根热管组件三维视图

    Figure  2.  3D View of Single Heat Pipe Assembly

    图  3  热管冷却反应堆总体布局示意图

    1—堆本体;2—热管管束;3—余热排出系统;4—冷端换热器;5—热电转换装置;6—热阱;7—屏蔽体

    Figure  3.  Schematic Diagram of General Layout of Heat Pipe Cooled Reactor

    图  4  二维热管网格模型

    Figure  4.  2D-Heat Pipe Mesh Model

    图  5  热管冷却反应堆安全分析程序流程图

    Figure  5.  Flow Chart of Safety Analysis Program for Heat Pipe Cooled Reactor

    图  6  Faghri钠热管启动实验结果对比

    Figure  6.  Comparison of Sodium Heat Pipe Startup Results of Faghri

    图  7  Baohua Chai钾热管稳态实验结果对比

    Figure  7.  Comparison of Potassium Heat Pipe Steady-state Results of Baohua Chai

    图  8  El-Genk铜-水热管实验结果对比

    Figure  8.  Comparison of Copper-Water Heat Pipe Results of El-Genk

    图  9  热阱丧失事故工况瞬态响应

    Figure  9.  Transient Response under Heat Sink Loss Accident

    图  10  阶跃反应性引入工况瞬态响应

    Figure  10.  Transient Response under Step-in Reactivity Insertion Condition

    图  11  线性反应性引入工况瞬态响应

    Figure  11.  Transient Response under Linear Reactivity Insertion Condition

    表  1  热管实验条件及工况

    Table  1.   Experimental Conditions and Working Conditions of Heat Pipe

    FaghriBaohua ChaiEl-Genk
    管壁材料304L不锈钢管壳管径/mm25×2管壁材料紫铜
    外径/mm26.7管壳材料Cr17Ni14Mo2外径/mm19.1
    壁厚/mm2.15热管总长度/mm500壁厚/mmm0.6
    蒸汽区直径/mm21.5蒸发段长度/mm160蒸汽区直径/mm17.3
    蒸发段长度/mm502绝热段长度/mm40蒸发段长度/mm393
    绝热段长度/mm188冷凝段长度/mm300绝热段长度/mm47
    冷凝段长度/mm292蒸气通道直径/mm18冷凝段长度/mm170
    环境温度/K288吸液芯厚度/mm1.5环境温度/K295
    丝网材料304L不锈钢丝网材料Cr17Ni14Mo2丝网材料紫铜
    工质Na工质K工质
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-02-21
  • 修回日期:  2023-05-10
  • 刊出日期:  2023-06-15

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