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加速驱动次临界系统（ADS）原理验证装置的热工水力分析

2020-12-09阅读(419)

加速驱动次临界系统（ADS）原理验证装置的热工水力分析

论文摘要

本文首先在中国先进研究堆(CARR)的基础上,利用CARR的乏燃料组建了ADS原理验证装置的堆芯,中心预留有放置散裂靶核的空间(4个燃料组件),并提出了原理验证装置整个主回路系统设计和主要参数。?由于ADS原理验证装置处于次临界下运行,需要来自靶核反应产生的外源中子维持稳态,故必须对RELAP5程序的点堆模型进行修改,把外源中子加进去,同时与加速器的功率建立关系,之后对程序进行验证,满足修改程序对ADS原理验证装置次临界反应堆的要求。?其次,完成原理验证装置的整个系统建模和子通道建模。对于系统建模,涉及到下面子部件的建模:反应堆堆芯、反应堆水池、衰变箱系统、板式换热器和主泵等;对于子通道建模,先确定原理验证装置的径向功率分布,之后相对功率最大的燃料组件就成为了子通道建模的对象(离散裂靶核最近的燃料组件)。?最后,原理验证装置的系统和子通道安全分析。利用RELAP5程序对原理验证装置的系统模型进行稳态调试,之后对原理验证装置可能涉及到的瞬态及事故工况进行安全分析,其中包括切断质子束再启动瞬态、未受保护外源加倍瞬态、未受保护瞬态超功率、完全失去流动瞬态、完全失去热阱瞬态和冷端小破口瞬态。结果显示,燃料和包壳的温度远低于熔化温度;冷却剂处于欠热状态,没有传热恶化;自然循环足够带走堆芯衰变热;此外ADS本身就是在次临界下运行的,有足够的安全性,当发生严重事故时,可迅速切断外加速器的质子束流,反应堆在足够的次临界水平下(‐3000pcm)运行。本文还就不同的keff对ADS原理验证装置进行了敏感性分析,从安全性和经济性两方面考虑得到了keff=0.97较合理。利用COBRA程序对原理验证装置的子通道模型进行稳态调试,由于子通道之间没有横向交混,故用RELAP5程序进行建模对子通道的稳态结果进行了验证;最后对ADS原理验证装置子通道模型的部分瞬态及事故工况进行了热工水力分析,其中涉及的瞬态工况有切断质子束再启动、外源加倍事故和失去冷却剂,所有瞬态期间,燃料和包壳的最大温度都小于熔化温度,冷却剂的温度处于未饱和状态,整个系统是安全的。“原理验证装置的设计”可为ADS关键技术的解决和走向工程化奠定基础。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景及意义
  • 1.2 ADS 与其他嬗变技术的比较
  • 1.3 国内外研究现状
  • 1.3.1 国内研究现状
  • 1.3.2 国外研究现状
  • 1.4 本文的研究内容
  • 第二章 CARR 堆模型介绍
  • 2.1 CARR 堆简介
  • 2.2 CARR 堆冷却剂系统
  • 2.3 CARR 堆燃料几何结构
  • 2.3.1 标准燃料组件
  • 2.3.2 控制棒-跟随体燃料组件
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 ADS 原理验证装置系统描述和计算程序
  • 3.1 ADS 原理验证装置系统介绍
  • 3.1.1 ADS 原理验证装置堆芯结构
  • 3.1.2 ADS 原理验证装置的冷却剂系统
  • 3.2 计算程序
  • 3.2.1 RELAP5 系统程序
  • 3.2.2 COBRA 子通道程序
  • 3.3 计算工况
  • 3.3.1 系统程序计算工况
  • 3.3.2 子通道程序计算工况
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 ADS 原理验证装置系统模型和系统安全分析
  • 4.1 ADS 原理验证装置系统建模
  • 4.1.1 堆芯建模
  • 4.1.2 衰变箱建模
  • 4.1.3 主泵建模
  • 4.1.4 板式换热器建模
  • 4.1.5 整个系统建模结果
  • 4.2 ADS 原理验证装置系统满功率稳态运行
  • 4.2.1 程序验证
  • 4.2.2 模型验证
  • 4.3 ADS 原理验证装置切断质子束后再启动瞬态工况
  • 4.3.1 切断质子束再启动瞬态简介
  • 4.3.2 切断质子束再启动瞬态计算结果及分析
  • 4.4 ADS 原理验证装置功率突升瞬态工况
  • 4.4.1 功率突升瞬态简介
  • 4.4.2 未受保护瞬态超功率（引入+1$反应性）计算结果及分析
  • 4.4.3 未受保护外源加倍瞬态计算结果及分析
  • 4.5 ADS 原理验证装置失去流动瞬态工况
  • 4.5.1 失去流动瞬态简介
  • 4.5.2 失去流动瞬态计算结果及分析
  • 4.6 ADS 原理验证装置失去热阱瞬态工况
  • 4.6.1 失去热阱瞬态简介
  • 4.6.2 失去热阱瞬态计算结果及分析
  • 4.7 ADS 原理验证装置失去冷却剂瞬态工况
  • 4.7.1 失去冷却剂瞬态简介
  • 4.7.2 失去冷却剂瞬态计算结果及分析
  • 4.8 不同keff 的敏感性分析
  • 4.8.1 断束15 再启动敏感性分析
  • 4.8.2 完全失去流动敏感性分析
  • 4.9 本章小结
  • 第五章 ADS 原理验证装置子通道建模和安全分析
  • 5.1 ADS 原理验证装置子通道建模
  • 5.1.1 ADS 原理验证装置的径向功率分布
  • 5.1.2 ADS 原理验证装置的子通道模型
  • 5.1.3 ADS 原理验证装置的子通道主要参数
  • 5.2 ADS 原理验证装置子通道稳态
  • 5.3 ADS 原理验证装置子通道切断质子束后再启动瞬态工况
  • 5.4 ADS 原理验证装置子通道外源加倍瞬态工况
  • 5.5 ADS 原理验证装置子通道失去冷却剂流量瞬态工况
  • 5.6 本章小结
  • 第六章 全文总结
  • 6.1 论文工作总结
  • 6.2 论文创新点说明
  • 6.3 进一步研究展望
  • 参考文献
  • 符号与标记
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文

    • 相关论文文献

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