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弥散型板状燃料局部熔化事故的演化机理研究

丁文杰 黄洪文 郭海兵 高娇 王少华 马纪敏

丁文杰, 黄洪文, 郭海兵, 高娇, 王少华, 马纪敏. 弥散型板状燃料局部熔化事故的演化机理研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 213-219. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0213
引用本文: 丁文杰, 黄洪文, 郭海兵, 高娇, 王少华, 马纪敏. 弥散型板状燃料局部熔化事故的演化机理研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 213-219. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0213
Ding Wenjie, Huang Hongwen, Guo Haibing, Gao Jiao, Wang Shaohua, Ma Jimin. Study on Evolution Mechanism for Local Melting Accident of Dispersed Plate Fuel[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 213-219. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0213
Citation: Ding Wenjie, Huang Hongwen, Guo Haibing, Gao Jiao, Wang Shaohua, Ma Jimin. Study on Evolution Mechanism for Local Melting Accident of Dispersed Plate Fuel[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 213-219. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0213

弥散型板状燃料局部熔化事故的演化机理研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0213
基金项目: 国家自然科学基金(12205264)
详细信息
    作者简介:

    丁文杰(1990—),男,副研究员,现主要从事反应堆热工水力研究工作,E-mail: dwjcaep@163.com

    通讯作者:

    黄洪文,E-mail: huanghongwen1@qq.com

  • 中图分类号: TL33

Study on Evolution Mechanism for Local Melting Accident of Dispersed Plate Fuel

  • 摘要: 为掌握板状燃料熔化事故演化过程,防止堆芯燃料持续熔化扩展,以典型板状燃料研究堆JRR-3M为对象,采用流体体积(VOF)法与焓-多孔介质法相耦合,对相邻流道堵塞后弥散型板状燃料局部熔化与熔融物迁移过程展开模拟。模拟结果表明:局部熔化事故的演化过程分为升温、熔化、迁移、凝固4个阶段,其中,迁移阶段的时间极短,持续不足3 s,但对事故扩展起决定性影响;迁移阶段,熔融物以底部聚集和中部液滴溅射两种方式迁移至相邻燃料板上,在被相邻燃料板充分冷却后,开始凝固;高温熔融物在接触相邻燃料板后,会导致相邻燃料板冷却壁面的温度迅速上升至500~600 K,远超冷却剂沸点,使相邻燃料板存在被烧毁的风险。该模拟方法与结果可为板状燃料堆芯熔化事故的安全分析提供支持。

     

  • 图  1  JRR-3M标准组件几何模型图

    y—以燃料组件底部出口为原点的轴向位置;FZ—轴向功率因子。

    Figure  1.  Geometric Model Diagram of JRR-3M Standard Assembly

    图  2  燃料板二维局部熔化分析模型示意图

    Figure  2.  Schematic Diagram of 2D Local Melting Analysis Model of Plate Fuel

    图  3  不同网格量下事故发生后0.1 s的燃料最高温度曲线

    Figure  3.  Maximum Fuel Temperature Curve at 0.1 s after the Accident under Different Grid Numbers

    图  4  不同FR下的燃料最高温度瞬变图

    Figure  4.  Maximum Temperature Transient Diagram of Fuel under Different FR Values

    图  5  FR=2.62工况中不同时刻的熔融物分布云图

    Figure  5.  Cloud Diagram of Melt Distribution at Different Times in FR=2.62 Condition

    图  6  燃料板芯体占熔融物的体积份额

    Figure  6.  Volume Fraction of Fuel Plate Core in Melt

    图  7  FR=2.62工况中不同时刻下左右两侧的壁面温度分布

    Figure  7.  Temperature Distribution on the Left and Right Walls at Different Times in FR=2.62 Condition

    表  1  包壳与芯体的热物性参数

    Table  1.   Thermophysical Parameters of Cladding and Core

    参数名 参数值
    包壳 芯体
    密度/(kg·m−3) 2700 6000
    比热/(J·kg−1·K−1) 896 406.7
    热导率/(W·m−1·K−1) 170 (固相)
    100(液相)
    32(固相)
    34 (液相)
    液相粘性系数/(mPa·s) 2.0 5.6
    液相表面张力/(N·m−1) 0.914 0.914
    固相线温度/K 855 855
    液相线温度/K 925 925
    熔化潜热/(kJ·kg−1) 396.7 113.1
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-01-15
  • 修回日期:  2025-03-28
  • 刊出日期:  2025-06-15

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