检索结果-内蒙古大学图书馆

原子能科学技术 2024年第10期58卷 2139-2152页

作者：季旭柴翔张乐福刘晓晶上海交通大学核科学与工程学院上海200240

氧是铅铋堆中最具应用潜力的非金属缓蚀剂,在冷却剂中添加一定浓度的氧,可在结构材料表面生成保护性氧化膜,可以极大程度上缓解液态铅铋对结构材料的腐蚀。在铅铋堆中,氧化层的生长-去除行为受温度、氧浓度、冷却剂流速、时间等多种因... 详细信息

氧是铅铋堆中最具应用潜力的非金属缓蚀剂,在冷却剂中添加一定浓度的氧,可在结构材料表面生成保护性氧化膜,可以极大程度上缓解液态铅铋对结构材料的腐蚀。在铅铋堆中,氧化层的生长-去除行为受温度、氧浓度、冷却剂流速、时间等多种因素影响,同时氧化层的生长也改变了堆芯的热工水力特性和中子物理参数,因此,研究铅铋堆的氧化腐蚀场、热工水力场和中子物理场的耦合作用对铅铋堆应用有重要意义。本文基于MOOSE(面向对象的多物理场仿真环境)平台搭建了核-热-材多物理场耦合框架,开展了铅铋堆在基准工况下的核-热-材耦合分析,并研究了氧浓度和冷却剂入口温度对关键耦合参数时序变化规律和氧化层分布的影响。结果表明,基准工况下氧化腐蚀10 000 h后,燃料组件包壳表面的氧化层平均厚度约为9.86μm,燃料最大温升为13.36 K,k_(eff)下降7 pcm;氧浓度升高可以极有效地抑制磁铁矿溶解,但达到一定浓度后氧浓度的升高对Fe-Cr尖晶石的生长促进作用较小;冷却剂入口温度的升高会导致组件中心处包壳壁面的磁铁矿去除速率增大,并且可以大幅促进Fe-Cr尖晶石的生长。

关键词：核-热-材耦合氧化腐蚀铅铋堆燃料组件面向对象的多物理场仿真环境

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用于探测液态金属-气体的DLC涂层式丝网探针数值模拟与结构优化

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原子能科学技术 2024年第2期58卷 344-356页

作者：包睿祺刘莉刘帅袁俊杰刘茂龙顾汉洋上海交通大学核科学与工程学院上海200240

液态金属-气体两相流是铅冷快堆在蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故下的物理现象之一,考虑到液态金属的不透明性、腐蚀性及高温性,本文提出一种类金刚石(DLC)涂层式丝网探针(WMS)对液态金属-气体两相流相态分布进行探测。基于COMSOL软件... 详细信息

液态金属-气体两相流是铅冷快堆在蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故下的物理现象之一,考虑到液态金属的不透明性、腐蚀性及高温性,本文提出一种类金刚石(DLC)涂层式丝网探针(WMS)对液态金属-气体两相流相态分布进行探测。基于COMSOL软件,建立了涂层式WMS的数值模型并进行了实验验证,通过电场模拟阐明了该新型探针应用于含液态金属气液两相流的可行性。进一步地,通过改变丝网电极的间距与直径、涂层的厚度,研究了结构参数对涂层式WMS测量精度的影响。结果表明,电极丝横向间距为2~3 mm、垂直间距为1.5~2 mm时,WMS测量精度较高,而涂层厚度和电极丝直径的影响较小。本研究可指导DLC涂层式WMS在液态金属-气体两相环境中的实际应用,并为分析SGTR事故后的多相分布提供技术基础。

关键词：液态金属-气体两相流丝网探针类金刚石涂层空泡份额数值模拟

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过冷沸腾欧拉-欧拉两流体关键模型研究

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核动力工程 2024年第S2期45卷 70-76页

作者：罗瀚文王洪彬熊进标上海交通大学核科学与工程学院上海200240

针对计算流体动力学(CFD)中欧拉-欧拉两流体模型体系的壁面沸腾、相间作用、汽泡聚并/破碎等关键模型开展研究。基于五分量壁面沸腾模型描述加热表面汽泡成核、生长、脱离、滑移和浮升等行为,基于非均速汽泡分群(iMUSIG)模型考虑汽泡直... 详细信息

针对计算流体动力学(CFD)中欧拉-欧拉两流体模型体系的壁面沸腾、相间作用、汽泡聚并/破碎等关键模型开展研究。基于五分量壁面沸腾模型描述加热表面汽泡成核、生长、脱离、滑移和浮升等行为,基于非均速汽泡分群(iMUSIG)模型考虑汽泡直径分布对相间作用的影响,同时基于Prince-Blanch模型、Luo-Svendsen模型模拟了汽泡聚并/破碎。通过与国际标准算题DEBORA的实验结果对比表明,该模型能够较准确地预测压水堆正常运行工况下高过冷度条件的空泡份额分布和汽泡直径分布。对低过冷度、高空泡份额工况,模型无法预测空泡份额的中心峰值。同时,比较计算和实验测量的汽泡运动速度和液相温度发现,现有五分量壁面沸腾模型可能低估了蒸发量。

关键词：欧拉-欧拉模型壁面沸腾相间作用汽泡聚并/破碎

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缓解铅铋快堆冷却剂腐蚀的最优化氧含量控制策略研究

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核动力工程 2024年第6期45卷 280-289页

作者：陈佳杰王世伟何辉刘晓晶熊进标上海交通大学核科学与工程学院上海200240

为获得铅铋快堆燃料包壳腐蚀缓解的最优氧含量控制策略,本研究通过构建T91氧化/腐蚀模型,分析了燃料元件包壳界面的演化规律。在此基础上,以氧化层厚度为优化问题的约束条件,采用鲸鱼优化算法(WOA)对氧含量控制策略进行了寻优分析,得到... 详细信息

为获得铅铋快堆燃料包壳腐蚀缓解的最优氧含量控制策略,本研究通过构建T91氧化/腐蚀模型,分析了燃料元件包壳界面的演化规律。在此基础上,以氧化层厚度为优化问题的约束条件,采用鲸鱼优化算法(WOA)对氧含量控制策略进行了寻优分析,得到“低-中-高-低”循环波动氧含量控制策略。此外,本研究对固定氧主导条件与优化氧含量控制策略下的燃料元件表面氧化层分布进行了模拟对比。研究结果表明,在优化氧含量控制策略下,燃料元件包壳未触发溶解腐蚀,且表面氧化层的整体厚度较固定氧主导工况有显著减少,其中磁铁矿层平均厚度同比下降95.6%;尖晶石层平均厚度下降44.2%,本文所构建的最优氧含量控制策略可为铅铋快堆包壳腐蚀缓解提供参考。

关键词：铅铋共晶氧化腐蚀包壳材料氧含量控制策略

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基于连续能量蒙特卡罗的快中子反应堆均匀化截面计算方法研究

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原子能科学技术 2024年第3期58卷 593-603页

作者：郭辉沈宇阳吴逸炜陈萃岚宋去非顾汉洋上海交通大学核科学与工程学院上海200240

快堆确定论两步法通常由组件均匀化截面计算和堆芯扩散/输运计算共同组成,已广泛应用于快堆工程设计与分析领域。基于连续能量精细几何的蒙特卡罗均匀化截面计算方法可为先进快堆提供高精度均匀化群常数。本文简要综述了蒙特卡罗生成的... 详细信息

快堆确定论两步法通常由组件均匀化截面计算和堆芯扩散/输运计算共同组成,已广泛应用于快堆工程设计与分析领域。基于连续能量精细几何的蒙特卡罗均匀化截面计算方法可为先进快堆提供高精度均匀化群常数。本文简要综述了蒙特卡罗生成的均匀化截面与堆芯扩散/输运计算结合的发展现状与技术趋势。介绍了蒙特卡罗体积通量均匀化方法和超级均匀化等效修正方法,提出了蒙特卡罗通量矩均匀化方法。以MET-1000金属燃料快堆数值对标为例,针对堆芯扩散计算,对控制棒使用超级均匀化等效修正方法,将堆芯扩散计算的控制棒价值高估从13.5%减小到0.35%,并提高了功率分布预测精度;针对堆芯输运计算,定量解析了误差原因,提出了蒙特卡罗通量矩均匀化方法,可减小MET-1000堆芯输运计算的反应性误差698 pcm。本文中适用于快堆扩散及堆芯输运计算的蒙特卡罗均匀化截面生成方法针对先进非均匀布置快堆、小型快堆等新型堆芯,与不同堆芯求解器的结合有待进一步发展与验证。同时,蒙特卡罗生成快堆均匀化截面还有许多问题需要深入研究,如不连续因子修正、基模修正、历史效应处理方法等。

关键词：快堆蒙特卡罗确定论两步法均匀化多群截面

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19棒束螺旋十字燃料组件临界热流密度实验研究

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核动力工程 2024年第3期45卷 132-138页

作者：傅俊森肖瑶陈硕张伟丛腾龙顾汉洋上海交通大学核科学与工程学院上海200240

燃料组件是反应堆的重要组成部件,临界热流密度是决定燃料组件性能的最关键参数之一。参考上海交通大学热工水力实验室的螺旋十字燃料元件参数,设计了19棒束螺旋十字燃料组件并开展临界热流密度特性实验研究,建立了一套适用于均匀发热... 详细信息

燃料组件是反应堆的重要组成部件,临界热流密度是决定燃料组件性能的最关键参数之一。参考上海交通大学热工水力实验室的螺旋十字燃料元件参数,设计了19棒束螺旋十字燃料组件并开展临界热流密度特性实验研究,建立了一套适用于均匀发热全长螺旋燃料组件棒束临界热流密度测量方法,获得了螺旋燃料组件临界热流密度数据库,并对实验结果进行了分析。结果表明:临界功率随入口温度升高而线性降低,随着压力和干度的增大而减小,随质量流速的增大而增大。引入周向不均匀因子,建立了螺旋燃料临界热流密度预测模型,实验值(M)/预测值(P)数据的统计分布呈现正态分布,且均匀分布在1附近,证明了关系式的可靠性和准确性。所用实验技术和模型开发方法具有通用性,可应用于同类螺旋燃料组件临界热流密度特性研究。

关键词：燃料组件螺旋十字燃料临界热流密度周向不均匀因子

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基于数据同化的棒束流场湍流模型常数标定方法研究

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原子能科学技术 2024年第7期58卷 1413-1423页

作者：李逸曲文海熊进标上海交通大学核科学与工程学院上海200240

为了提升压水堆棒束燃料组件内二次流预测精度,采用基于集合卡尔曼滤波算法的数据同化策略对非线性涡粘模型的关键模型系数进行标定。为了提升数据同化策略的收敛速度,降低模型常数的收敛残差,采用基于模型常数敏感性分析的定向抽样和... 详细信息

为了提升压水堆棒束燃料组件内二次流预测精度,采用基于集合卡尔曼滤波算法的数据同化策略对非线性涡粘模型的关键模型系数进行标定。为了提升数据同化策略的收敛速度,降低模型常数的收敛残差,采用基于模型常数敏感性分析的定向抽样和基于空间相关长度的局部修正等方法,改进了数据同化策略和集合卡尔曼滤波算法。本文基于改进的数据同化策略,利用5×5棒束通道定位格架下游流场实验观测数据,标定了非线性涡粘模型。研究结果表明,与标准非线性涡粘模型相比,标定后的非线性涡粘模型对棒束通道定位格架下游二次流的预测精度显著提高,成功预测了标准模型常数未能准确预测的横截面涡结构。

关键词：定位格架二次流非线性涡粘模型集合卡尔曼滤波数据同化

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基于一阶中子输运方程的杂交间断有限元方法研究

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核动力工程 2024年第6期45卷 248-253页

作者：孙启政刘晓晶张滕飞上海交通大学核科学与工程学院上海200240

复杂构型先进反应堆的不断提出对中子学数值方法提出了更高的要求,为实现对复杂问题的准确、高效模拟,本文提出一种基于一阶双曲型中子输运方程(NTE)的杂交间断有限元(HDG)方法。该方法在角度上采用了离散纵标(S_(N))的格式将原始的方... 详细信息

复杂构型先进反应堆的不断提出对中子学数值方法提出了更高的要求,为实现对复杂问题的准确、高效模拟,本文提出一种基于一阶双曲型中子输运方程(NTE)的杂交间断有限元(HDG)方法。该方法在角度上采用了离散纵标(S_(N))的格式将原始的方程解耦为各个角度方向的相互独立的方程;在空间上采用迎风格式对方程进行离散,整个问题的全局矩阵耦合系统呈现分块下三角的形式,更加适合网格数目较多的复杂几何非均匀中子输运问题场景。选取了TAKEDA1基准题与非均匀组件问题作为分析对象,对所提出的HDG方法的计算性能进行了分析。数值结果表明,HDG在上述算例中均实现稳定收敛,有效增殖系数k_(eff)与参考解的最大误差为108pcm(1pcm=10^(−5))。此外,与传统二阶偶对称形式方法相比,一阶HDG方法空间扫描更为高效,在上述算例中实现了约2倍的加速比。因此,本文研究的HDG方法能够为复杂构型反应堆问题提供可选的解决方案。

关键词：杂交间断有限元(HDG) 中子输运方程(NTE) 迎风格式离散纵标(SN)

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压水堆一回路注锌的热力学与动力学特性

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原子能科学技术 2024年第5期58卷 961-969页

作者：刘延刘晓晶何辉张滕飞上海交通大学核科学与工程学院上海200240

堆芯腐蚀产物沉积会引起垢致功率偏移和垢致局部腐蚀,威胁反应堆的安全性和经济性。根据反应堆运行经验,注锌能有效缓解堆芯腐蚀产物沉积,但锌在一回路中热力学平衡、动力学置换和质量平衡理论尚不清晰。基于此,本文从理论机理和数值计... 详细信息

堆芯腐蚀产物沉积会引起垢致功率偏移和垢致局部腐蚀,威胁反应堆的安全性和经济性。根据反应堆运行经验,注锌能有效缓解堆芯腐蚀产物沉积,但锌在一回路中热力学平衡、动力学置换和质量平衡理论尚不清晰。基于此,本文从理论机理和数值计算分析的角度分析一回路中锌的平衡与热力学动力学行为。理论分析表明,锌在冷却剂水化学条件下主要以氢氧化锌形式存在,锌对反尖晶石中二价离子的置换能力可以结合锌浓度与水解化学平衡进行求解。数值分析表明,模型预测值与核电站观测值有良好的吻合度,逐步降低注锌量是维持锌浓度在特定最优化范围内的有效手段,注锌有效缓解腐蚀释放的程度可达约50%,注锌后的污垢厚度约为注锌前的42%。本文研究结果能为核反应堆采取最优化注锌技术提供理论支撑。

关键词：注锌技术锌行为腐蚀产物污垢

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螺旋金属燃料多物理耦合分析方法与概念设计研究

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原子能科学技术 2024年第1期58卷 1-13页

作者：顾汉洋肖瑶丛腾龙郭辉傅俊森蔡孟珂宋去非上海交通大学核科学与工程学院上海200240

螺旋金属燃料具有导热系数高、导热路径短、强制旋流交混的特点,可实现更高的堆芯功率密度,进而减小堆芯体积,提高反应堆的安全性和经济性。本文介绍了上海交通大学反应堆热工水力实验室建立的螺旋金属燃料热工水力、中子物理、力学特... 详细信息

螺旋金属燃料具有导热系数高、导热路径短、强制旋流交混的特点,可实现更高的堆芯功率密度,进而减小堆芯体积,提高反应堆的安全性和经济性。本文介绍了上海交通大学反应堆热工水力实验室建立的螺旋金属燃料热工水力、中子物理、力学特性分析方法及多物理耦合分析框架。在热工水力方面,基于自研仪器实现了交混及沸腾临界行为精细化测量,建立了三维及精细化子通道分析方法;在中子物理方面,建立了适用于特殊能谱、复杂几何的截面及稳瞬态中子物理特性的分析方法;在力学方面,基于分子动力学方法建立了U-Zr合金燃料基础热物性模型,并开展了辐照条件下螺旋棒宏观力学特性研究。基于热工-物理-力学多物理分析和优化,提出了螺旋金属燃料组件及堆芯设计,具有无硼化、堆芯功率密度高、体积小、换料周期长的特点。

关键词：螺旋金属燃料热质传输行为瞬态安全分析燃料服役性能多物理耦合

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