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压水堆燃料棒径向热膨胀建模方法及其影响分析研究

周雨锋 谢伟戎 万承辉 曹新 白家赫 郭林

周雨锋, 谢伟戎, 万承辉, 曹新, 白家赫, 郭林. 压水堆燃料棒径向热膨胀建模方法及其影响分析研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(1): 30-35. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0030
引用本文: 周雨锋, 谢伟戎, 万承辉, 曹新, 白家赫, 郭林. 压水堆燃料棒径向热膨胀建模方法及其影响分析研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(1): 30-35. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0030
Zhou Yufeng, Xie Weirong, Wan Chenghui, Cao Xin, Bai Jiahe, Guo Lin. Modeling Method and Impact Analysis of Fuel Rod Radial Thermal Expansion of PWR[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(1): 30-35. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0030
Citation: Zhou Yufeng, Xie Weirong, Wan Chenghui, Cao Xin, Bai Jiahe, Guo Lin. Modeling Method and Impact Analysis of Fuel Rod Radial Thermal Expansion of PWR[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(1): 30-35. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0030

压水堆燃料棒径向热膨胀建模方法及其影响分析研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0030
基金项目: 国家重点研发计划(2022YFB1902600)
详细信息
    作者简介:

    周雨锋(2000—),男,硕士研究生,现主要从事核反应堆物理计算方法研究,E-mail: 1552029917@qq.com

    通讯作者:

    万承辉,E-mail: wan.ch@mail.xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL334

Modeling Method and Impact Analysis of Fuel Rod Radial Thermal Expansion of PWR

  • 摘要: 在压水堆功率运行过程中,燃料芯块和燃料棒包壳由于温度变化会出现不同程度的热膨胀现象,对堆芯物理计算具有重要影响。为了在两步法计算流程中精确考虑燃料棒径向热膨胀对堆芯物理分析结果的影响,本文基于堆芯物理分析软件Bamboo-C提出了燃料棒径向热膨胀精确建模方法,分别在组件计算和堆芯计算层面对燃料棒径向热膨胀导致的几何变化予以考虑,且在堆芯计算层面通过温度场的迭代收敛最终确定精确的几何膨胀尺寸。本文以EPR1750机组为研究对象,对各燃料循环启动物理试验和功率运行过程进行计算,结果表明,与等温温度系数实测值的误差平均值由−3.065 pcm/K(1pcm=10–5)降低至−1.870 pcm/K,与临界硼浓度实测值的误差平均值由−5.9ppm(1ppm=10–6)、−5.7ppm降低至−2.5ppm、−2.7ppm。因此,本文提出的压水堆燃料棒径向热膨胀建模方法能够在一定程度上提高EPR1750机组关键安全参数的计算精度,具有一定的工程应用价值。

     

  • 图  1  压水堆燃料棒热膨胀建模方法流程

    Figure  1.  Calculation Process of Modeling Method for Fuel Rod Thermal Expansion of PWR

    图  2  特征线网格划分示意图

    Figure  2.  Schematic of MOC Grid Division

    图  3  U1C02b循环CBC计算值与实测值的误差

    Figure  3.  Error between Calculated and Measured Values of Critical Boron Concentration from U1C02b Cycle

    图  4  U2C02循环CBC计算值与实测值的误差

    Figure  4.  Error between Calculated and Measured Values of Critical Boron Concentration from U2C02 Cycle

    表  1  燃料组件keff的计算误差

    Table  1.   Calculation Error of keff of Fuel Assembly

    分支计算工况 燃料棒自动热膨胀
    建模keff
    输入卡片手动
    热膨胀建模keff
    验证误差/
    pcm
    BC0-TM561.75 1.116729 1.116738 −0.9
    BC0-TM585.25 1.106214 1.106215 −0.1
    BC0-TM617.9 1.080652 1.080639 1.3
    BC600-TM561.75 1.029785 1.029794 −0.9
    BC600-TM617.9 1.014863 1.014851 1.2
    BC1200-TM561.75 0.956858 0.956866 −0.8
    BC1200-TM585.25 0.958293 0.958293 0
    BC1200-TM617.9 0.957729 0.957717 1.2
    BC2400-TM561.75 0.841334 0.841341 −0.7
    BC2400-TM585.25 0.849296 0.849296 0
    BC2400-TM617.9 0.863355 0.863345 1.0
    TF561.75-TM561.75 1.040133 1.040142 −0.9
    TF561.75-TM585.25 1.036904 1.036909 −0.5
    TF561.75-TM617.9 1.026454 1.026458 −0.4
    TF1500-TM561.75 1.003678 1.003684 −0.6
    TF1500-TM585.25 0.999208 0.999208 0
    TF1500-TM617.9 0.985902 0.985893 0.9
    下载: 导出CSV

    表  2  EPR1750机组多个循环ITC计算误差对比

    Table  2.   Comparison of ITC Calculation Errors for Multiple Cycles of EPR1750 Unit

    机组循环 试验条件 原始模型
    计算误差/
    (pcm·K−1)
    热膨胀模型
    计算误差/
    (pcm·K−1)
    U1C01 ARO −3.278 −2.584
    P1全插 −3.049 −2.343
    P1,P2全插 −2.853 −2.178
    P1,P2,P3全插 −2.961 −2.259
    P1,P2,P3,P4全插 −3.794 −3.091
    U1C02 ARO −3.845 −2.583
    U1C02b ARO −0.801 0.996
    U1C03 ARO −2.824 −1.614
    U2C01 ARO −3.479 −2.125
    P1全插 −2.349 −0.998
    P1,P2全插 −3.373 −1.942
    P1,P2,P3全插 −3.511 −2.092
    P1,P2,P3,P4全插 −2.994 −1.516
    U2C02 ARO −3.598 −2.339
    U2C03 ARO −3.259 −1.387
      ARO—控制棒全提条件;P1~P4—EPR1750机组的控制棒组代号
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-04-27
  • 修回日期:  2024-06-11
  • 刊出日期:  2025-02-15

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