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LoongCALF程序钠冷快堆SUPERFACT-1 SF4/SF16燃料棒实验验证分析

彭鑫航 张田 邵世豪 刘宙宇

彭鑫航, 张田, 邵世豪, 刘宙宇. LoongCALF程序钠冷快堆SUPERFACT-1 SF4/SF16燃料棒实验验证分析[J]. 核动力工程, 2024, 45(S1): 117-122. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0117
引用本文: 彭鑫航, 张田, 邵世豪, 刘宙宇. LoongCALF程序钠冷快堆SUPERFACT-1 SF4/SF16燃料棒实验验证分析[J]. 核动力工程, 2024, 45(S1): 117-122. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0117
Peng Xinhang, Zhang Tian, Shao Shihao, Liu Zhouyu. Verification of Sodium-cooled Fast Reactor SUPERFACT-1 SF4/SF16 Fuel Rod Experiment using LoongCALF Code[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S1): 117-122. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0117
Citation: Peng Xinhang, Zhang Tian, Shao Shihao, Liu Zhouyu. Verification of Sodium-cooled Fast Reactor SUPERFACT-1 SF4/SF16 Fuel Rod Experiment using LoongCALF Code[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S1): 117-122. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0117

LoongCALF程序钠冷快堆SUPERFACT-1 SF4/SF16燃料棒实验验证分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0117
详细信息
    作者简介:

    彭鑫航(2002—),男,在读本科生,现主要从事快堆燃料性能研究,E-mail: pengxinhang@hrbeu.edu.cn

    通讯作者:

    张 田,E-mail: tian.zhang@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: TL334

Verification of Sodium-cooled Fast Reactor SUPERFACT-1 SF4/SF16 Fuel Rod Experiment using LoongCALF Code

  • 摘要: 由于钠冷快堆功率密度高、燃耗深度大,其燃料在运行过程中具有温度高、裂变气体释放率高、形变大、形成中心空洞等特点,因此钠冷快堆对燃料性能程序开发提出了新的挑战。LoongCALF程序是基于有限元方法和JFNK方法的快堆燃料性能分析程序,为验证LoongCALF程序在钠冷快堆燃料性能分析中模型的适用性,本文运用LoongCALF程序对SUPERFACT-1辐照实验中SF4/SF16燃料棒进行模拟,并将模拟结果与公开文献中TRANSURNUS、GERMINAL、MACROS等快堆燃料性能程序的结果对比。研究结果表明,LoongCALF程序计算得出的包壳温度、燃料棒内压以及芯块温度与文献结果符合较好,轴向中心空洞直径与实验结果符合较好,能够满足对钠冷快堆模拟的需求。因此,LoongCALF程序能够用于钠冷快堆的模拟工作,但裂变气体释放与气隙宽度以及核素分布等相关模型还需要进一步完善。

     

  • 图  1  线功率功率史

    Figure  1.  Linear Power History

    图  2  模型网格划分

    Figure  2.  Model Meshing

    图  3  峰值功率节点上的燃料中心线温度演变

    Figure  3.  Fuel Centerline Temperature Evolution at the Peak Power Node

    图  4  峰值功率节点上中心空洞半径演变

    Figure  4.  Central Void Radius Evolution at the Peak Power Node

    图  5  寿期末燃料轴向中心空洞直径分布

    Figure  5.  Diameter Distribution of Axial Central Void of Fuel at the End of Life

    图  6  峰值功率节点上的气隙尺寸演变

    Figure  6.  Air Gap Size Evolution at the Peak Power Node

    图  7  峰值功率节点上的裂变气体释放率

    Figure  7.  Fission Gas Release at the Peak Power Node

    图  8  峰值功率节点上的燃料棒内压演变

    Figure  8.  Fuel Rod Internal Pressure Evolution at the Peak Power Node

    图  9  满功率运行1 h后的轴向包壳温度分布

    Figure  9.  Axial Profiles of Cladding Temperature after 1 h Operation under Full Power

    表  1  SUPERFACT-1实验考虑的燃料棒的设计参数

    Table  1.   Design Parameters of Fuel Rods Considered in SUPERFACT-1 Experiment

    参数名 SF7/SF13 SF4/SF16
    芯块半径/mm 2.68 2.71
    径向间隙/mm 0.143 0.116
    芯块理论密度/% 97.5 96.3
    Pu与金属的质量比(Pu/M) 0.244 0.237
    O与金属的原子比(O/M) 1.943 1.957
    燃料长度/mm 850
    包壳材料 15-15Ti冷作奥氏体不锈钢
    包壳厚度/mm 0.45
    上气腔体积/mm³ 1930
    下气腔体积/mm³ 19530
    氦气压力/MPa 0.1
    氦气温度/℃ 20
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    表  2  钠冷却剂性能的详细参数

    Table  2.   Detailed Parameters of Sodium Coolant Performance

    参数名 参数值
    钠质量流量/(kg·s−1) 0.098
    钠进口温度/℃ 395
    钠压力/MPa 0.1
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    表  3  SUPERFACT-1燃料棒的线功率轴向节点化

    Table  3.   Axial Nodalization Applied to Line Power of Fuel Rods in SUPERFACT-1

    轴向节数 节点高度/mm 平均线功率因子
    1 42.5 0.7396
    2 127.5 0.9494
    3 212.5 1.1182
    4 297.5 1.2341
    5 382.5 1.2882
    6 467.5 1.2663
    7 552.5 1.1749
    8 637.5 1.0331
    9 722.5 0.8477
    10 807.5 0.6415
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    表  4  Polypole算法计算参数

    Table  4.   Calculation Parameters of Polypole Algorithm

    参数名 设定值
    算法的收敛限值 0.01
    算法在每个时间步的采样点个数 1
    算法的最大迭代次数 5
    裂变所产生气泡覆盖晶界表面的比例 0.5
    算法使用的展开函数的阶数 5
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    表  5  Picard模拟计算的计算参数

    Table  5.   Calculation Parameters of Picard Simulation Calculations

    参数名 设定值
    非线性热学求解的绝对误差 10−5
    非线性力学求解的绝对误差 10−5
    线性热学求解的绝对误差 10−5
    线性力学求解的绝对误差 10−5
    热学求解的最大线性迭代次数 50
    力学求解的最大线性迭代次数 50
    热学求解的最大非线性迭代次数 50
    力学求解的最大非线性迭代次数 50
    Picard求解中燃料最大温度的误差 0.05
    最大Picard迭代次数 50
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-12-28
  • 修回日期:  2024-04-09
  • 刊出日期:  2024-06-15

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