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热辐射特征参数对快堆锥形顶盖空间换热特性影响的研究

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核科学与工程 2024年第1期44卷 55-62页

作者：冯佳琪陆道纲张钰浩于宗玉华北电力大学核科学与工程学院北京102206 非能动核能安全技术北京市重点实验室北京102206

池式钠冷快堆的钠池内充满高温液态钠,其上方覆盖有氩气,高温液态钠主要通过辐射换热及对流换热的方式向快堆主容器上部结构及氩气空间传递热量,其换热特性及其影响因素十分复杂。辐射发射率及液态钠蒸发形成的气溶胶层对主容器上部结... 详细信息

池式钠冷快堆的钠池内充满高温液态钠,其上方覆盖有氩气,高温液态钠主要通过辐射换热及对流换热的方式向快堆主容器上部结构及氩气空间传递热量,其换热特性及其影响因素十分复杂。辐射发射率及液态钠蒸发形成的气溶胶层对主容器上部结构的热工水力特性会造成一定影响。因此,为保证主容器上部结构在不同温度载荷下的安全性与稳定性,十分必要获取不同辐射发射率及不同气溶胶层分布下的温度分布。本研究建立大型池式钠冷快堆主容器上部锥形顶盖空间(以下简称“锥顶盖”)数值计算模型,开展数值模拟计算,得到不同发射率及气溶胶层厚度影响下锥顶盖的温度场。研究结果表明,发射率越高,锥顶盖斜肩及氩气空间温度越高;当气溶胶层存在于靠近钠液面的高度范围时(0~0.2 m),增加其厚度可使氩气空间局部温度升高,但对锥顶盖斜肩温度影响有限。发射率增高53%,则辐射换热量增加31.47%,格拉晓夫数(Gr)减少19.29%,辐射换热效果增强,自然对流效果减弱;气溶胶层高度由0增加到0~0.1 m时,对辐射换热量的吸收增加22.68%,格拉晓夫数(Gr)减少19.29%,气溶胶层高度由0~0.1 m增加到0~0.2 m时,透过气溶胶层的辐射换热量减少了0.04%,格拉晓夫数(Gr)增加了0.9%,辐射换热效果减弱,自然对流效果加强。

关键词：快堆锥形顶盖空间辐射换热自然对流发射率吸收系数

钠液面高度对氩气空间耦合传热特性影响的实验研究

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原子能科学技术 2024年第9期58卷 1876-1883页

作者：陆道纲冯佳琪王汉于宗玉张钰浩刘璐华北电力大学核科学与工程学院北京102206 非能动核能安全技术北京市重点实验室北京102206 华北电力大学动力工程系河北保定071003

锥顶盖作为快堆主容器重要的压力边界之一,其结构的完整性对快堆的安全运行至关重要。锥顶盖结构完整性与其温度载荷密切相关,而温度载荷受氩气空间自然对流与辐射耦合传热特性影响显著,有必要开展深入研究。基于钠液面上部氩气空间传... 详细信息

锥顶盖作为快堆主容器重要的压力边界之一,其结构的完整性对快堆的安全运行至关重要。锥顶盖结构完整性与其温度载荷密切相关,而温度载荷受氩气空间自然对流与辐射耦合传热特性影响显著,有必要开展深入研究。基于钠液面上部氩气空间传热特性实验台架,开展了氩气空间传热特性实验研究,测量了锥顶盖、氩气空间和主泵支承的温度分布,阐明钠液面高度对传热特性的影响。实验结果表明,随着钠液面高度的增加,锥顶盖和氩气空间的温度随之升高,而且在高钠温时现象更加明显。此外,钠液面高度对主泵支承的温度分布和周向温差影响微弱。通过开展氩气空间钠液面高度对传热规律的影响研究,可为建立实验装置与原型反应堆之间的温度映射关系提供参考。

关键词：钠冷快堆氩气空间自然对流传热辐射传热

基于“一维系统+三维CFD”耦合方法的快堆非能动余热排出系统自然循环特性的数值模拟

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原子能科学技术 2024年第9期58卷 1833-1843页

作者：陆道纲宋海洁郭劲松赵海琦张钰浩隋丹婷华北电力大学核科学与工程学院北京102206 非能动核能安全技术北京市重点实验室北京102206

池式快堆采用了新型非能动堆内直接余热排出(DRACS)方式,提升了快堆的安全性。目前针对池式快堆自然循环开展的数值模拟研究中,系统程序难以准确预测池内复杂自然循环路径,难以准确模拟池内三维热工水力现象,如果采用三维CFD计算建模及... 详细信息

池式快堆采用了新型非能动堆内直接余热排出(DRACS)方式,提升了快堆的安全性。目前针对池式快堆自然循环开展的数值模拟研究中,系统程序难以准确预测池内复杂自然循环路径,难以准确模拟池内三维热工水力现象,如果采用三维CFD计算建模及网格划分难度较高,且所需计算资源较大。为此本文开发了“一维系统+三维CFD”耦合方法,用于快堆非能动余热排出系统自然循环特性计算分析。利用日本大型钠回路实验台架(PLANDTL)DRACS自然循环模式对该耦合方法进行验证,稳态工况关键位置参数相对误差小于3%,瞬态工况关键位置参数与实验值变化趋势吻合较好,相对误差小于10%,验证了该耦合方法的适用性和准确性。利用该耦合方法,开展了中国实验快堆(CEFR)自然循环及余热排出特性计算分析,识别了池内自然循环流动路径,揭示了池内温度分层以及盒间流现象。本文方法可为大型钠冷快堆自然循环三维瞬态特性分析提供重要数值方法。

关键词： “一维系统+三维CFD”耦合方法快堆非能动余热排出自然循环堆内直接余热排出系统

液态金属堆内小长径比同轴双层薄壁结构的流固耦合试验研究

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核科学与工程 2024年第1期44卷 25-32页

作者：朱宇轩陆道纲刘强李东昊张超凡王明政刘雨华北电力大学核科学与工程学院北京102206 非能动核能安全技术北京市重点实验室北京102206 中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部北京102413

池式液态金属堆的主容器与热屏之间具有狭窄的流体间隙,该结构属于含窄缝间隙的小长径比同轴双层柔性壳体。窄缝间隙中流体与结构之间相互作用产生的流固耦合效应在抗震分析时必须加以考虑。现有研究主要针对长径比较大和流体间隙相对... 详细信息

池式液态金属堆的主容器与热屏之间具有狭窄的流体间隙,该结构属于含窄缝间隙的小长径比同轴双层柔性壳体。窄缝间隙中流体与结构之间相互作用产生的流固耦合效应在抗震分析时必须加以考虑。现有研究主要针对长径比较大和流体间隙相对较大的圆柱壳体,对于小长径比和极小流体间隙的同轴柔性壳体研究较为缺乏。本文参考液态金属反应堆的结构设计了三种不同尺寸的窄缝间隙,开展窄缝间隙条件小长径比同轴双层壳体模型的振动试验,测量结构在不同间隙尺寸下的加速度,得到模态频率和主要振型。然后,使用有限元法进行模态分析,通过与试验结果的对比,验证了有限元法的准确性。最后,计算出不同间隙尺寸下模型的附加质量;且随着间隙尺寸的减小,模型附加质量随之增大。本研究可为类似的含窄缝小长径比同轴双层柔性壳体结构的抗震设计提供数据支持,对于液态金属堆的抗震分析具有重要意义。

关键词：流固耦合试验液态金属反应堆附加质量有限元法双层柔性壳体

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窄流道中柔性单板流固耦合数值模拟

原子能科学技术 2009年第10期43卷 903-909页

作者：张娟花陆道纲华北电力大学核科学与工程学院北京102206

板状燃料组件在先进核反应堆中得到了广泛应用。流体以一定流速轴向掠过平行板组件可能导致板的流致振动(FIV),而板的振动又会影响流场的重新分布,两者之间构成强烈的流固耦合(FSI)关系。针对板状燃料组件的FIV现象开发了计算程序。程... 详细信息

板状燃料组件在先进核反应堆中得到了广泛应用。流体以一定流速轴向掠过平行板组件可能导致板的流致振动(FIV),而板的振动又会影响流场的重新分布,两者之间构成强烈的流固耦合(FSI)关系。针对板状燃料组件的FIV现象开发了计算程序。程序基于物理组成贴体坐标系(PCBFC),结合任意拉格朗日欧拉坐标法(ALE)实现网格的移动。本工作详细模拟了在窄通道中移动边界条件下流场的分布;数值求解板在流体压力下的梁式振动方程,从而实现窄流道中柔性单板流固耦合的数值模拟。

关键词：板状燃料组件流致振动物理组成贴体坐标系任意拉格朗日欧拉坐标法流固耦合

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应用改进遗传规划方法的快堆功率控制策略

天津大学学报 2012年第12期45卷 1105-1109页

作者：方涛陆道纲段天英华北电力大学核科学与工程学院北京102206 中国原子能科学研究院中国实验快堆工程部北京102413

由于快中子增殖反应堆的功率变化与反应性变化会相互影响,因此很难找到一个有明确物理含义的数学模型;而且其衰变功率在非稳态运行条件下,极易引起反应堆功率控制的过冲现象.针对快堆功率控制的这些特点,把改进后的遗传规划方法与反应... 详细信息

由于快中子增殖反应堆的功率变化与反应性变化会相互影响,因此很难找到一个有明确物理含义的数学模型;而且其衰变功率在非稳态运行条件下,极易引起反应堆功率控制的过冲现象.针对快堆功率控制的这些特点,把改进后的遗传规划方法与反应堆动态周期方程相结合,得到了一个反应性控制的预测模型,同时对该模型进行了仿真验证.验证结果表明,该反应性预测模型的预测值与实测值吻合很好,总反应性的相对误差率甚至不超过1%,从而可以看出在整个控制过程中没有明显的过冲现象出现,模型性能良好.

关键词：快中子增殖反应堆反应堆功率控制反应性过冲遗传规划方法动态周期方程

基于移动粒子法的快堆自由表面流体对容器顶盖冲击现象的数值模拟

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原子能科学技术 2009年第10期43卷 910-914页

作者：卫媛媛陆道纲华北电力大学核科学与工程学院北京102206

快堆的主容器内存在自由表面流体,当发生长周期地震时,该流体的晃动有可能冲击到容器顶盖,对反应堆的安全造成威胁。文章引入移动粒子法——MPS方法来模拟流体的运动。在验证了该粒子法对于容器内自由表面晃动问题的准确性和有效性之后... 详细信息

快堆的主容器内存在自由表面流体,当发生长周期地震时,该流体的晃动有可能冲击到容器顶盖,对反应堆的安全造成威胁。文章引入移动粒子法——MPS方法来模拟流体的运动。在验证了该粒子法对于容器内自由表面晃动问题的准确性和有效性之后,进一步模拟了正弦三波激励下液面晃动对容器顶盖的冲击现象,得到的冲击压力可为容器结构完整性分析提供载荷。

关键词：移动粒子法快堆自由液面晃动正弦三波

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小型自然循环钠冷堆堆芯初步设计研究

原子能科学技术 2014年第9期48卷 1609-1615页

作者：陆道纲张勋华北电力大学核科学与工程学院北京102206

提出了一种适用于分布式发电系统的小型自然循环钠冷堆-AMTEC系统。通过对堆芯的临界计算和热工水力分析,研究了堆芯燃料装载量不变情况下,芯块半径、燃料棒长度和圈数对堆芯有效增殖因数keff、堆芯压降和传热的影响。同时分析了不同额... 详细信息

提出了一种适用于分布式发电系统的小型自然循环钠冷堆-AMTEC系统。通过对堆芯的临界计算和热工水力分析,研究了堆芯燃料装载量不变情况下,芯块半径、燃料棒长度和圈数对堆芯有效增殖因数keff、堆芯压降和传热的影响。同时分析了不同额外停堆裕量下,B4C吸收层厚度和堆芯初始剩余反应性随燃料棒圈数的变化关系。计算结果表明:保持堆芯当量直径和冷却剂通道总截面积不变的情况下,减少燃料棒圈数和活性区长度不仅可增加keff,且能降低堆芯压降;为提高额外停堆裕量需增加吸收层厚度,但降低了堆芯初始剩余反应性,不利于电厂的经济性。

关键词：小型自然循环钠冷堆 AMTEC 临界计算热工水力

破前漏(LBB)分析方法在钠冷快堆管道分析中的应用探讨

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核动力工程 2008年第5期29卷 9-14页

作者：熊冬庆陆道纲华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室北京102206

采用破前漏(LBB)分析方法,对中国实验快堆余热排放系统中间回路进行断裂力学分析。假设在其受力最严重的管段,反应堆运行前已存在一个贯穿裂纹,根据系统寿期内的运行工况,运用J积分撕裂模量汇交方法,求出在综合最恶劣工况(即合成出包络... 详细信息

采用破前漏(LBB)分析方法,对中国实验快堆余热排放系统中间回路进行断裂力学分析。假设在其受力最严重的管段,反应堆运行前已存在一个贯穿裂纹,根据系统寿期内的运行工况,运用J积分撕裂模量汇交方法,求出在综合最恶劣工况(即合成出包络工况)下裂纹的临界长度;通过Paris公式求出该裂纹在交变载荷作用下的稳定扩展量;利用CASTEM2000程序建立力学模型,分别求出包络工况下寿期末裂纹和临界裂纹的张开面积。结果证明,该管道在其寿期内可能出现的最大裂纹张开面积小于(DT)/4(D为管道直径,T为管壁厚)。

关键词：破前漏中国实验快堆贯穿裂纹临界裂纹