壓水核反應(yīng)堆堆芯燃料棒熱工數(shù)值計(jì)算與研究.pdf

1、隨著核電事業(yè)的高速發(fā)展，針對(duì)先進(jìn)壓水核反應(yīng)堆堆芯熱工水力優(yōu)化設(shè)計(jì)成為核電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在核反應(yīng)堆熱工設(shè)計(jì)中，安全性能是第一要素，必須保證任何情況下反應(yīng)堆的安全運(yùn)行。本文基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中的有限容積法，采用全隱格式離散非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程，通過(guò)可視化語(yǔ)言Fortran90/95進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分析堆芯燃料棒傳熱溫度和(火用)損失分布規(guī)律以及不同運(yùn)行工況下熱安全特性。
　　首先，對(duì)單通道模型穩(wěn)態(tài)傳熱工況進(jìn)行計(jì)算分析。通過(guò)理論推導(dǎo)獲得核燃料棒

2、包殼內(nèi)外壁面、燃料芯塊表面和中心溫度場(chǎng)分布的解析解，并將精確解的結(jié)果與定熱導(dǎo)率和熱導(dǎo)率隨溫度變化兩種情況下的數(shù)值解對(duì)比分析。兩者結(jié)果吻合良好，并且后者誤差更小。研究發(fā)現(xiàn)正常運(yùn)行工況下高溫區(qū)在燃料棒中心偏上，向兩端逐漸減小;在芯塊區(qū)和氣隙區(qū)有較大溫降，且氣隙區(qū)溫降速率最大。包殼外壁面溫度均勻分布，最大溫度值出現(xiàn)在熱通道中心和出口之間。
　　其次，以秦山二期工程壓水堆為原型，討論常見(jiàn)的三種事故工況下燃料棒傳熱和溫度分布規(guī)律。當(dāng)有反應(yīng)性

3、引入時(shí)，溫度反饋效應(yīng)可使急劇上升的溫度逐漸趨于穩(wěn)定，負(fù)溫度系數(shù)更有利于調(diào)節(jié)堆芯功率，和確保反應(yīng)堆安全運(yùn)行;同時(shí)燃料棒上下壁面邊界條件的改變對(duì)于溫度場(chǎng)影響很小。當(dāng)燃料芯塊發(fā)生偏置時(shí)，燃料棒整體溫度有所下降，高溫區(qū)向芯塊偏置反方向偏移;偏心率越大，偏移程度越大，并且包殼外壁面溫度分布不再均勻，最大溫度值也越高。當(dāng)發(fā)生失流事故(LOFA)時(shí)，對(duì)流換熱系數(shù)沿?zé)嵬ǖ雷兓群苄?對(duì)流換熱系數(shù)越小，芯塊中心和包殼溫升越快。尤其在小于20 kW/(m

4、2·℃)時(shí)影響越大，此時(shí)包殼外壁面最高溫度出現(xiàn)的位置越接近燃料棒中心點(diǎn)，但是熱流密度值變化很小。
　　最后，結(jié)合熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，基于燃料棒溫度場(chǎng)采用(火用)分析法計(jì)算分析反應(yīng)堆內(nèi)能量轉(zhuǎn)換，以及熱量傳遞過(guò)程中(火用)損失分布規(guī)律。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，核燃料溫度越高，傳熱溫差越小，(火用)損失越小。但二者又相互制約，在總(火用)不變情況下內(nèi)熱源分布的改變對(duì)總(火用)損影響很小，只是改變?nèi)剂习?火用)損失分布。該分析方法可為優(yōu)