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工质压力及蠕变对冷变形310S不锈钢在超临界水环境下的应力腐蚀开裂行为影响研究

核动力工程 2022年第6期43卷 108-116页

作者：苏豪展王鹏张乐福上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

310S不锈钢是一种性能较好的超临界水冷堆候选包壳材料,为丰富310S不锈钢在在超临界水环境下的应力腐蚀性能研究,特别是裂纹扩展速率方面的数据。本研究使用在线监测裂纹扩展的方法,测量了不同冷变形的310S不锈钢在多种工况下的裂纹扩... 详细信息

310S不锈钢是一种性能较好的超临界水冷堆候选包壳材料,为丰富310S不锈钢在在超临界水环境下的应力腐蚀性能研究,特别是裂纹扩展速率方面的数据。本研究使用在线监测裂纹扩展的方法,测量了不同冷变形的310S不锈钢在多种工况下的裂纹扩展速率,分析了工质压力、高温蠕变等因素对310S开裂行为的作用。结果显示:超临界水或高温蒸汽的压力变化对310S不锈钢在500℃下的开裂行为的影响较为有限,冷变形作用促进材料的裂纹扩展,材料的高温蠕变行为在超临界水中对应力腐蚀开裂过程中具有较为重要的加速作用,特别是对于高冷变形和高载荷条件下的材料。本研究丰富了超临界水环境下310S的应力腐蚀裂纹扩展速率的数据,证明了提高材料的抗蠕变性能是优化包壳材料服役性能的重要手段之一,包壳设计制造的过程中应当避免较大幅度的冷变形。

关键词：超临界水冷堆 310S 应力腐蚀开裂蠕变冷变形

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基于变分节块法六角形Quasi-diffusion程序开发及验证

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原子能科学技术 2023年第1期57卷 147-155页

作者：庄坤王连杰刘琨颜江涛尚文南京航空航天大学材料科学与技术学院江苏南京211106 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610041

传统扩散理论在中子各向异性强的堆芯计算中具有较低的精度,Quasi-diffusion方程相比于传统扩散方程引入更少的近似,通过艾丁顿因子描述传统扩散理论不能反映的中子流各向异性特点。国内外对六角形几何三维Quasi-diffusion方程研究有所... 详细信息

传统扩散理论在中子各向异性强的堆芯计算中具有较低的精度,Quasi-diffusion方程相比于传统扩散方程引入更少的近似,通过艾丁顿因子描述传统扩散理论不能反映的中子流各向异性特点。国内外对六角形几何三维Quasi-diffusion方程研究有所不足。针对艾丁顿因子计算的非线性特点,本文基于“两步法”的思想,将艾丁顿因子看作是一个特殊的少群参数,采用中子能谱适应性更好的蒙特卡罗程序SERPENT计算,并对传统扩散变分节块法进行拓展,开发了六角形组件堆芯计算程序VNMQD。采用3D VVER1000基准题、RBWR单组件问题、3D BN600简化模型对程序进行了验证,结果表明:VNMQD程序开发正确,对于非均匀性较强的堆芯,VNMQD比传统扩散方法计算精度更高、计算效率接近,实现了计算精度和计算效率的平衡。

关键词：变分节块法六角形 Quasi-diffusion方程艾丁顿因子

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基于格子Boltzmann的LBE环境下F-M钢氧化腐蚀行为的数值模拟研究

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核动力工程 2022年第S02期43卷 196-201页

作者：吴佳玥罗英杜华王留兵吴冰洁朱明冬中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

铅冷快堆的冷却剂介质液态铅铋共晶合金(LBE)会对反应堆结构材料产生严重的腐蚀作用。铁素体-马氏体钢(F-M钢)作为反应堆结构候选材料,在控氧LBE中会发生氧化腐蚀,生成典型的双层氧化膜结构。为了设计高可靠性反应堆结构,预测F-M钢在LB... 详细信息

铅冷快堆的冷却剂介质液态铅铋共晶合金(LBE)会对反应堆结构材料产生严重的腐蚀作用。铁素体-马氏体钢(F-M钢)作为反应堆结构候选材料,在控氧LBE中会发生氧化腐蚀,生成典型的双层氧化膜结构。为了设计高可靠性反应堆结构,预测F-M钢在LBE环境下的材料寿命,本文基于格子玻尔兹曼(LBM)方法,模拟了氧化腐蚀过程中多组分传输、氧化反应、固液相变等腐蚀现象,建立了不锈钢在LBE中的氧化腐蚀模型。计算得到的模拟结果与试验数据吻合较好,建立的模型可以解释扩散和反应过程在氧化过程中的作用。开发的格子Boltzmann模型可以用于研究介观尺度氧化膜生长。

关键词：铅铋共晶合金(LBE) 氧化腐蚀格子Boltzmann

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压力容器主管道分段焊接变形的数值模拟研究

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核动力工程 2022年第S02期43卷 165-170页

作者：庾明达张丽屏邵雪娇姜露李辉刘贞谷蒲卓中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

针对压力容器主管道焊接径向位移过大的问题,采用SYSWELD软件对主管道多层多道焊接进行了数值模拟分析,并研究了3种分段式焊接方案对焊接残余应力和变形的影响。结果表明,计算结果与实验结果较为吻合,验证了数值手段的合理性,采用分段... 详细信息

针对压力容器主管道焊接径向位移过大的问题,采用SYSWELD软件对主管道多层多道焊接进行了数值模拟分析,并研究了3种分段式焊接方案对焊接残余应力和变形的影响。结果表明,计算结果与实验结果较为吻合,验证了数值手段的合理性,采用分段式焊接可有效地降低压力容器主管道焊接过程的径向位移和残余应力,在所研究的3种分段式研究方案中,分段式上下单边焊接方案对焊接径向位移的抑制效果最好。

关键词：主管道多层多道焊径向变形位移抑制

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Zr-4表面特性及冷却剂过冷度对骤冷沸腾传热的影响

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原子能科学技术 2024年第4期58卷 783-789页

作者：熊平孙源阳罗彦袁鹏杜鹏邓坚卢涛北京化工大学机电工程学院北京100029 西华大学流体及动力机械教育部重点实验室四川成都610039 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610041

核燃料棒再淹没骤冷沸腾是堆芯失水事故后避免堆芯熔化采取的重要事故缓释措施。本文采用不同粒度砂纸打磨得到不同粗糙度的Zr-4表面,研究了Zr-4表面粗糙度和冷却剂过冷度对骤冷沸腾过程冷却速率及沸腾换热的影响。对所制备的不同表面... 详细信息

核燃料棒再淹没骤冷沸腾是堆芯失水事故后避免堆芯熔化采取的重要事故缓释措施。本文采用不同粒度砂纸打磨得到不同粗糙度的Zr-4表面,研究了Zr-4表面粗糙度和冷却剂过冷度对骤冷沸腾过程冷却速率及沸腾换热的影响。对所制备的不同表面粗糙度实验段进行了骤冷沸腾可视化实验,同时测量实验段内部温度,通过导热反问题反演得到骤冷过程表面温度及热流密度。结果表明:表面粗糙度对膜态沸腾换热的影响较小,但粗糙度较大的表面更早地触发了表面-液体接触,强化了骤冷沸腾;而粗糙度较小时,粗糙度对骤冷沸腾的影响较小;当粗糙度进一步减小时,由于表面接触角的增大,骤冷沸腾持续的时间增长。此外,随着冷却剂过冷度的增大,膜态沸腾气膜厚度减薄,维持稳定气膜的最小膜态沸腾温度增大,骤冷速率增强。本文为揭示压水堆破口事故燃料棒再淹没过程的流动沸腾换热机理提供一定的理论基础。

关键词：骤冷沸腾粗糙度沸腾换热最小膜态沸腾温度

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超临界水冷堆候选包壳材料研究进展与思考

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核动力工程 2025年第1期46卷 183-190页

作者：张乐福黄涛苏豪展高阳郭相龙沈朝陈凯上海交通大学核科学与工程学院上海200240 中国原子能科学研究院北京102413 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213 上海交通大学材料科学与工程学院上海200240

超临界水冷堆(SCWR)具有热效率高、结构简单等技术优势,是第四代核能系统国际论坛推荐的6个堆型之一。本文首先回顾了SCWR的包壳设计要求和主要性能挑战,然后对经过较多测试的商用候选包壳材料的均匀腐蚀、应力腐蚀及辐照性能进行了回... 详细信息

超临界水冷堆(SCWR)具有热效率高、结构简单等技术优势,是第四代核能系统国际论坛推荐的6个堆型之一。本文首先回顾了SCWR的包壳设计要求和主要性能挑战,然后对经过较多测试的商用候选包壳材料的均匀腐蚀、应力腐蚀及辐照性能进行了回顾。铁素体/马氏体(F/M)钢、奥氏体不锈钢及镍基合金均存在某方面的性能不足。最后,介绍了近年来新兴的SCWR候选包壳材料,包括新型含铝奥氏体不锈钢、氧化物弥散强化钢、梯度材料及其他组织改进技术的研究进展。

关键词：超临界水冷堆燃料包壳材料均匀腐蚀应力腐蚀开裂

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“华龙一号”CF3燃料元件辐照考验与性能分析

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核动力工程 2021年第S02期42卷 130-135页

作者：张坤焦拥军陈平邢硕李国云蒲曾坪何梁范航王严培秋博文惠永博中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

CF3燃料组件是我国自主研发的大型压水堆燃料组件,其将用于“华龙一号”反应堆,支持“华龙一号”的出口。为了满足“华龙一号”反应堆的要求,在商业堆上开展了CF3先导组件的辐照考验,通过池边检查获取了燃料元件堆内数据,并基于堆内数... 详细信息

CF3燃料组件是我国自主研发的大型压水堆燃料组件,其将用于“华龙一号”反应堆,支持“华龙一号”的出口。为了满足“华龙一号”反应堆的要求,在商业堆上开展了CF3先导组件的辐照考验,通过池边检查获取了燃料元件堆内数据,并基于堆内数据进行了模型开发,建立了适用于CF3燃料元件的性能分析程序,基于此针对“华龙一号”反应堆的需求,对CF3燃料元件的性能进行了预测。分析结果表明,CF3燃料元件满足“华龙一号”反应堆设计要求。

关键词：华龙一号 CF3燃料元件辐照考验性能分析

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热管堆固态堆芯典型栅元设计优化

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核动力工程 2021年第6期42卷 87-92页

作者：黄永忠李垣明李文杰李权柴晓明赵波唐昌兵中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

热管堆固态堆芯设计是影响堆芯传热性能和结构完整性的关键问题。为避免固态堆芯设计中间隙热阻导致的温度和应力过大,本文建立了四种堆芯典型栅元的三维热力学模型,对不同填充物下间隙尺寸和栅元截面尺寸等关键参数进行了优化分析。结... 详细信息

热管堆固态堆芯设计是影响堆芯传热性能和结构完整性的关键问题。为避免固态堆芯设计中间隙热阻导致的温度和应力过大,本文建立了四种堆芯典型栅元的三维热力学模型,对不同填充物下间隙尺寸和栅元截面尺寸等关键参数进行了优化分析。结果表明,尽管高热导率的液态钠填充装配间隙能够有效降低燃料包壳和芯块温度,但热应力反而可能增大;圆管插入液态钠方案的热力学性能最优;固态堆芯方案中,六角管拼接氦气填充方案的热力学性能最优。

关键词：固态堆芯热管燃料元件热力耦合优化分析

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基于并行技术的在线监测系统燃耗计算优化开发

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核动力工程 2023年第S02期44卷 29-32页

作者：郭凤晨高露露芦韡赵德华于洋徐睿杰马永强魏桐中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213 海南核电有限公司海口572733

为了提高在线监测系统程序DESCAR模块在燃耗区数目较大时燃耗计算求解的计算效率,本文使用开放式多处理(OpenMP)和信息传递接口(MPI)并行技术,对DESCAR模块进行优化重构,以提高在线监测系统程序的计算效率。验证结果表明,优化重构后的DE... 详细信息

为了提高在线监测系统程序DESCAR模块在燃耗区数目较大时燃耗计算求解的计算效率,本文使用开放式多处理(OpenMP)和信息传递接口(MPI)并行技术,对DESCAR模块进行优化重构,以提高在线监测系统程序的计算效率。验证结果表明,优化重构后的DESCAR模块在保证计算结果正确性的同时,可以有效地提高在线监测系统程序的计算速度,加速效果显著,满足在线监测系统实时性的要求。

关键词：并行技术燃耗计算开放式多处理(OpenMP) 信息传递接口(MPI)

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丝网芯内钠薄液膜蒸发与毛细特性研究

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原子能科学技术 2022年第6期56卷 1154-1162页

作者：马誉高张英楠余红星黄善仿清华大学工程物理系北京100084 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610041

高温碱金属丝网芯热管主要应用于核能、航空航天等领域。由于碱金属工质与常规低温工质在热物性上存在显著差异,且丝网芯热管内部运行机理复杂,碱金属工质在丝网芯表面的相变行为亟待研究。本文建立了以前驱膜理论和蒸发弯月面液膜理论... 详细信息

高温碱金属丝网芯热管主要应用于核能、航空航天等领域。由于碱金属工质与常规低温工质在热物性上存在显著差异,且丝网芯热管内部运行机理复杂,碱金属工质在丝网芯表面的相变行为亟待研究。本文建立了以前驱膜理论和蒸发弯月面液膜理论为基础的丝网芯毛细蒸发薄液膜模型,考虑分离压力的电子分量与钠液膜热传导效应,对液态钠工质在丝网芯表面的毛细现象进行了分析,进而探究了不同运行参数对钠液膜传热传质与毛细特性的影响。研究表明,液态钠工质主要在本征弯月面内发生相变,运行温度通过改变工质热物性影响液膜的传热传质能力。丝网芯的动态调整能力与丝径和孔径等几何参数有关,通过改变液膜接触线位置,进而改变蒸发面积和三相接触线长度,从而影响丝网芯受力情况和传热传质能力,改变丝网芯表面液膜提供的毛细力。

关键词：气-液-固三相界面蒸发弯月面液膜理论传热传质毛细特性分离压力

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