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小型气冷快堆核热力耦合模型研究

王金雨 张晟豪 车锐 罗琦 马誉高 刘仕倡 周觅 李仲春

王金雨, 张晟豪, 车锐, 罗琦, 马誉高, 刘仕倡, 周觅, 李仲春. 小型气冷快堆核热力耦合模型研究[J]. 核动力工程. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.05.0205
引用本文: 王金雨, 张晟豪, 车锐, 罗琦, 马誉高, 刘仕倡, 周觅, 李仲春. 小型气冷快堆核热力耦合模型研究[J]. 核动力工程. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.05.0205
Development of a Neutronics-Thermal-Mechanical Coupling Model for Small Gas-Cooled Fast Reactors[J]. Nuclear Power Engineering. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.05.0205
Citation: Development of a Neutronics-Thermal-Mechanical Coupling Model for Small Gas-Cooled Fast Reactors[J]. Nuclear Power Engineering. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.05.0205

小型气冷快堆核热力耦合模型研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2025.05.0205

Development of a Neutronics-Thermal-Mechanical Coupling Model for Small Gas-Cooled Fast Reactors

  • 摘要: 气冷快堆(GFR)作为第四代核能技术,凭借高温输出特性,在深空探测及移动场景中备受关注。然而,小型气冷快堆因高富集度堆芯设计及气体冷却特性,面临复杂的核-热-力多物理场耦合问题,传统单一程序难以精确模拟。本文针对棒束型气冷快堆,提出基于动态几何与多物理场耦合的分析方法,以2兆瓦热功率小型气冷快堆为对象,开展耦合机制研究。研究构建了由蒙特卡罗程序RMC与有限元软件ANSYS组成的耦合流程:RMC负责中子输运计算与迭代控制,ANSYS完成热-力场分析。通过补充冷却剂流动传热边界条件与动态几何映射方法,解决了气体冷却剂对流换热建模及非均匀热膨胀效应难题。其中,燃料棒变形采用椭圆方程描述,堆芯栅格偏心效应通过均匀膨胀与间距变化简化表征,并引入松弛因子优化收敛性。结果表明,耦合计算在2次迭代后达到收敛,keff误差标准差为0.00016,最大温度与位移分别为7℃与0.005m。分析发现,堆芯形变反馈(-623pcm)可达多普勒反馈的25倍,成为主导反应性变化的核心因素,且形变导致燃料棒靠近径向反射层,局部功率与温度升高,验证了耦合方法的保守性。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2025-05-08
  • 录用日期:  2025-07-28
  • 修回日期:  2025-07-01
  • 网络出版日期:  2025-09-29

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