先進(jìn)水冷堆嚴(yán)重事故下封頭瞬態(tài)傳熱特性研究.pdf

1、福島事故后嚴(yán)重事故分析再次在國(guó)際上引起了研究人員的重視，為緩解假想的嚴(yán)重事故，核能界提出了不同的緩解方案，其中熔融物堆內(nèi)滯留（In-vessel retention，簡(jiǎn)稱 IVR）是一種重要的備選方案。該方案在發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)將堆坑淹沒，通過壓力容器外部冷卻的方式排出下封頭內(nèi)熔融物的衰變熱，如果能保持下封頭的完整性（通常判斷下封頭完整性的準(zhǔn)則是下封頭外壁面任意位置的熱流密度均低于局部臨界熱流密度）則認(rèn)為該方案有效。為了分析IVR的有效性，

2、國(guó)際上已開展了大量的工作，但在分析下封頭壁面的傳熱特性時(shí)往往采用了簡(jiǎn)化模型，并未對(duì)壁面內(nèi)的換熱特性進(jìn)行充分研究，使得預(yù)測(cè)的下封頭外壁面熱流密度過于保守，進(jìn)而影響了對(duì)安全裕量的準(zhǔn)確判斷。此外，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）要求新的核電站設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮嚴(yán)重事故及其緩解措施，并且由于先進(jìn)水冷堆采用了不同的堆芯設(shè)計(jì)，嚴(yán)重事故時(shí)的傳熱特性可能與常規(guī)壓水堆不同。因此需要對(duì)先進(jìn)水冷堆進(jìn)行嚴(yán)重事故分析，并研究此過程中下封頭的瞬態(tài)傳熱特性。
　　結(jié)合國(guó)

3、際上對(duì)嚴(yán)重事故分析的研究現(xiàn)狀，本文的采用的技術(shù)路線為：開發(fā)適用于分析下封頭瞬態(tài)傳熱特性的計(jì)算工具——根據(jù)解析解及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算工具進(jìn)行驗(yàn)證——將計(jì)算工具應(yīng)用于兩種超臨界水堆和大功率先進(jìn)壓水堆的嚴(yán)重事故分析——對(duì)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)提出了優(yōu)化建議并得出對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較大影響的參數(shù)。
　　本文的主要工作包括：
　　1．開發(fā)了基于二維球坐標(biāo)的下封頭瞬態(tài)傳熱特性分析工具，具體而言是考慮了下封頭壁面內(nèi)法向方向不同位置處換熱面積的變化以及沿經(jīng)度方向的

4、導(dǎo)熱,從而可以更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)下封頭外壁面的熱流密度分布；開發(fā)了壁面熔化模型從而可以更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)下封頭的內(nèi)壁溫；此外建立了包括沸騰臨界后傳熱在內(nèi)的全范圍換熱關(guān)系式，從而可以預(yù)測(cè)沸騰區(qū)域在時(shí)間和空間上的變化規(guī)律。通過與均勻熱流密度分布的球坐標(biāo)解析解與 LIVE實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，可知本文開發(fā)的程序適用于分析下封頭瞬態(tài)傳熱過程。與嚴(yán)重事故分析基準(zhǔn)算例對(duì)比后可知，在考慮了上述現(xiàn)象后，得到的外壁面的熱流密度分布與內(nèi)壁面不同，并且熱流密度峰值會(huì)顯著降低，

5、從而可以得到更高的安全裕量。
　　2．對(duì)兩種超臨界反應(yīng)堆設(shè)計(jì)進(jìn)行了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故分析及嚴(yán)重事故分析。其中對(duì)一典型熱譜超臨界反應(yīng)堆的不同類型的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故（失去給水加熱事故、汽輪機(jī)失去負(fù)載且旁排未開啟事故、給水泵卡軸事故、彈棒事故和冷卻劑喪失事故）進(jìn)行了分析，并得出了可能發(fā)展成嚴(yán)重事故的初因事故。進(jìn)行嚴(yán)重事故分析及敏感性分析后，得出了對(duì)熱流密度分布影響較大的參數(shù)。此外，對(duì)比了混合譜超臨界堆在冷卻劑喪失事故中系統(tǒng)的響應(yīng)，并對(duì)其導(dǎo)致的嚴(yán)重

6、事故進(jìn)行了分析。對(duì)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，使得混合譜超臨界堆在發(fā)生嚴(yán)重事故后下封頭不被熔穿。
　　3．對(duì)大功率先進(jìn)壓水堆的嚴(yán)重事故進(jìn)行了分析，表明了二維模型和一維模型在分析下封頭傳熱特性時(shí)的差異。通過對(duì)氧化池?fù)Q熱關(guān)系式、外部冷卻質(zhì)量流量、外部冷卻入口溫度、過渡沸騰換熱關(guān)系式和壁面熔化模型進(jìn)行了敏感性分析后，發(fā)現(xiàn)得出氧化熔池的換熱關(guān)系式和過渡沸騰的換熱關(guān)系式對(duì)熱流密度分布具有較大影響，因此在進(jìn)行大功率先進(jìn)壓水堆嚴(yán)重事故分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)