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ADS堆芯热工水力计算方法研究

马腾跃  
【摘要】:加速器驱动次临界系统(即ADS)是一种高效的核废物嬗变装置,同时也是中子科学研究的重要平台。国际上关于ADS的研究起步较早,开发活跃,我国也正在逐步开展,但是在热工水力计算方面存在一定差距。ADS堆芯热工水力计算方法具有其独特性,是研究设计中的关键技术之一,开展研究是十分必要的。本文针对初步设计的堆型开展了堆芯物理热工耦合计算方法和堆芯多孔介质模型计算方法研究。 初步设计的ADS堆型主要的结构及运行工况特点有:组件内燃料排布密集、根据燃料富集度将堆芯组件分内外两区排布;靶件系统选择无窗靶,系统独立,可以单独分析;冷却剂系统具有三个并行的一回路。 首先,建立了物理热工耦合计算方法。通过对单通道模型及组件单通道模型的热工计算方法的分析,利用堆芯材料物性参数的计算公式,建立了ADS单通道热工程序,并与物理计算程序MCNP耦合建立方法。验证了耦合方法的合理性,得出了设计堆芯的功率分布和热工参数。通过耦合前后的数据对比,表明初步物理计算结果与实际结果有一定差别,导致功率密度变化的主要原因是调用核素数据库的改变。提出了堆芯径向功率展平的优化建议。 其次,建立了反应堆堆芯多孔介质模型方法。建立了模型孔隙率、渗透率、阻力系数等参数的计算公式,将西安脉冲反应堆堆芯简化为多孔介质模型,利用计算流体力学软件模拟了堆芯及堆池内冷却水循环,与实际运行结果对比,证明了方法的正确性和可靠性。利用该方法,可将ADS堆芯简化为整个反应堆系统中一个子系统,从而使堆池系统中的冷却剂流动分析十分方便,为ADS堆的后续热工分析做了准备。 ADS堆芯热工计算方法的研究和建立,为进一步ADS研究设计工作提供了参考及手段,使设计的堆型结构布局更加合理,性能更加安全稳定。


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