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兆瓦级锂冷空间核反应堆电源方案设计与研发进展

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中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 365-376页

作者：吴宜灿刘超金鸣陈建伟张勇吴庆生洒荣园柏云清李春京蒋洁琼宋勇胡丽琴王芳谈鹏翁娜江新标高扬周新贵郑友琦鹿鹏张智刚郝祖龙殷园中子科学国际研究院青岛266199 中子科学(重庆)研究院有限公司重庆401331 中子科学研究院(合肥)有限公司合肥230001 安徽中科超核科技有限公司合肥230001 中国科学院合肥物质科学研究院合肥230001 中国科学技术大学合肥230026 上海核工程研究设计院有限公司上海200233 西北核技术研究院西安710024 中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094 国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073 西安交通大学核科学与技术学院西安710049 南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室哈尔滨150001 华北电力大学核科学与工程学院北京102206 深圳大学物理与光电工程学院深圳518060 山东大学核科学技术研究院济南250012

空间核反应堆电源因具有能量密度大、输出功率高、持续时间长、环境适应性强等优势,是未来大功率长寿期航天任务及深空探测任务能源供应的优选路线.本文在分析兆瓦级空间堆电源研发需求与选型特点的基础上,提出并设计了一套兆瓦级小型... 详细信息

空间核反应堆电源因具有能量密度大、输出功率高、持续时间长、环境适应性强等优势,是未来大功率长寿期航天任务及深空探测任务能源供应的优选路线.本文在分析兆瓦级空间堆电源研发需求与选型特点的基础上,提出并设计了一套兆瓦级小型锂冷空间堆电源技术方案,该方案采用锂冷反应堆与布雷顿发电系统耦合,具有轻量化、长寿命等特点.本文针对该方案梳理了所涉及的关键技术,介绍了在技术分析论证、相关验证样机和实验平台研制的进展情况,并在此基础上提出我国未来发展大功率空间堆电源的建议.

关键词：空间核反应堆锂冷反应堆布雷顿发电

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聚变实验堆ITER实验包层瞬态热工安全分析

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核动力工程 2006年第z1期27卷 30-33页

作者：柏云清吴宜灿陈红丽中国科学院等离子体物理研究所安徽合肥230031

在中国向ITER(International Thermonuclear Experiment Reactor)实验包层工作组提交的双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)设计分析的基础上,通过对DFLL-TBM系统相关的瞬态事故如真空室内部冷却剂泄漏、TBM(实验包层模块)内部冷却剂泄漏... 详细信息

在中国向ITER(International Thermonuclear Experiment Reactor)实验包层工作组提交的双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)设计分析的基础上,通过对DFLL-TBM系统相关的瞬态事故如真空室内部冷却剂泄漏、TBM(实验包层模块)内部冷却剂泄漏以及真空室外部冷却剂泄漏事故进行计算分析,评价DFLL-TBM对ITER在热工方面对安全的影响。结果表明:当发生瞬态事故时,DFLL-TBM有能力通过热辐射将余热排出,且包层结构不会熔化。DFLL-TBM可满足ITER在热工方面对安全的要求。

关键词：聚变实验堆实验包层模块瞬态安全

中国铅基研究实验堆绕丝燃料组件热工水力分析

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原子能科学技术 2015年第B05期49卷 167-173页

作者：葛增芳周涛柏云清宋勇中国科学院核能安全技术研究所中国科学院中子输运理论与辐射安全重点实验室安徽合肥230031

在铅基研究反应堆燃料组件设计中,燃料棒之间的绕丝可减少燃料棒在运行过程的机械振动,并使冷却剂在各子通道间有效混合,对绕丝燃料组件内冷却剂的热工水力分析将对燃料组件的设计与优化具有重要意义。本文通过CFD方法对中国铅基研究实... 详细信息

在铅基研究反应堆燃料组件设计中,燃料棒之间的绕丝可减少燃料棒在运行过程的机械振动,并使冷却剂在各子通道间有效混合,对绕丝燃料组件内冷却剂的热工水力分析将对燃料组件的设计与优化具有重要意义。本文通过CFD方法对中国铅基研究实验堆(CLEAR-Ⅰ)燃料组件参考设计内的冷却剂流动换热过程进行数值模拟,并分析绕丝组件的速度场、温度场等流场特征量的分布规律。结果表明:绕丝在流场中起着搅混冷却剂的作用,内通道搅混较外通道相对均匀;组件内横向流强度、摩擦系数在入口段先迅速变化,后在充分发展区呈波浪状在其平均值上下波动,努塞尔数变化规律与之类似;包壳最高温度满足安全设计限值。

关键词：铅基研究反应堆绕丝燃料组件 CFD数值分析

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池式铅基堆热分层现象研究综述

核科学与工程 2023年第2期43卷 286-297页

作者：柏云清李文博李文东李阳张朝东金鸣周涛中子科学国际研究院山东青岛266041 中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026 山东大学山东济南250061

铅基堆具有系统简单紧凑、安全性高等优点,已成为第四代核能系统的主要发展方向。铅基堆发生事故停堆时,堆芯功率骤降、驱动泵停闭,堆芯出口冷却剂温度急剧下降且流速降低,无法冲入热池顶部与高温流体进行混合换热,只能聚集在热池底部,... 详细信息

铅基堆具有系统简单紧凑、安全性高等优点,已成为第四代核能系统的主要发展方向。铅基堆发生事故停堆时,堆芯功率骤降、驱动泵停闭,堆芯出口冷却剂温度急剧下降且流速降低,无法冲入热池顶部与高温流体进行混合换热,只能聚集在热池底部,导致热池中发生热分层现象。热分层现象会影响堆芯的余热排出能力,并会造成反应堆容器及内构件热疲劳。本文阐述了铅基堆热分层产生的机理与危害,调研并总结了铅基堆热分层现象国内外研究进展和存在的问题,最后从理论研究、实验研究和数值模拟研究方面提出热分层的未来研究方向。

关键词：铅基堆热分层实验研究数值模拟

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液态金属与传统介质下槽式集热管性能对比

太阳能学报 2020年第7期41卷 214-221页

作者：吴闽强孔繁丽朱志强柏云清中国科学院核能安全技术研究所中国科学院中子输运理论与辐射安全重点实验室合肥230031 中国科学技术大学合肥230027

对比液态铅铋、液态钠、熔盐及导热油的热物性,从换热和储能性能等方面探讨液态金属作为传热介质在槽式集热管中应用的可行性。基于能量守恒原理建立槽式集热管二维稳态传热模型,通过与文献实验结果对比,验证数值计算模型的准确性。在... 详细信息

对比液态铅铋、液态钠、熔盐及导热油的热物性,从换热和储能性能等方面探讨液态金属作为传热介质在槽式集热管中应用的可行性。基于能量守恒原理建立槽式集热管二维稳态传热模型,通过与文献实验结果对比,验证数值计算模型的准确性。在此基础上,分析不同传热介质下槽式集热管的集热性能及其影响规律。结果表明:液态金属作为传热介质具有较好的换热性能有助于提高集热效率,熔盐作为储能介质更具经济性;不同传热介质下的集热效率变化规律相似,其中阳光辐射指数DNI、出口温度及压强对集热效率影响较大,环境风速的影响相对较小。

关键词：太阳能集热管液态金属数值模拟集热效率槽式太阳能热发电

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半周加热下集热管内液态铅铋传热特性研究

太阳能学报 2019年第4期40卷 950-956页

作者：吴闽强朱志强黄望哩柏云清中国科学院核能安全技术研究所中国科学院中子输运理论与辐射安全重点实验室合肥230031 中国科学技术大学合肥230027

建立液态铅铋合金在太阳能高温集热管内对流传热数值计算模型。采用Fluent软件,通过求解三维N-S方程及能量方程,研究半周加热半周绝热边界条件下集热管内液态铅铋合金的传热性能。研究结果表明:构建湍流普朗特数模型的方法可用于半周加... 详细信息

建立液态铅铋合金在太阳能高温集热管内对流传热数值计算模型。采用Fluent软件,通过求解三维N-S方程及能量方程,研究半周加热半周绝热边界条件下集热管内液态铅铋合金的传热性能。研究结果表明:构建湍流普朗特数模型的方法可用于半周加热半周绝热下集热管内液态铅铋传热性能的数值模拟;液态铅铋的质量流量对换热性能的影响较大,热流密度大小对换热性能影响较小,绝热面努塞尔数Nu始终高于加热面;相比传统熔盐介质,液态铅铋传热性能更佳,在提高系统工作温度、降低集热管热量损失方面具有潜力。

关键词：太阳能槽式集热管半周热流密度液态铅铋

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新型槽式集热管液态铅铋传热下集热性能分析

工程热物理学报 2019年第5期40卷 1131-1138页

作者：吴闽强柏云清朱志强黄望哩中国科学院核能安全技术研究所中子输运理论与辐射安全重点实验室合肥230031 中国科学技术大学合肥230027

针对熔盐或导热油传热下传统槽式集热管高温条件下集热效率低、热量损失严重的问题,提出了一种采用液态铅铋(LBE)作为传热介质的新型槽式集热管,建立了新型槽式集热管的二维稳态传热模型。基于该模型研究了太阳直射辐射强度、液态铅铋... 详细信息

针对熔盐或导热油传热下传统槽式集热管高温条件下集热效率低、热量损失严重的问题,提出了一种采用液态铅铋(LBE)作为传热介质的新型槽式集热管,建立了新型槽式集热管的二维稳态传热模型。基于该模型研究了太阳直射辐射强度、液态铅铋进口温度、涂层发射率、环境温度及风速对该新型槽式集热管集热性能的影响。此外,通过对比液态LBE及熔盐与导热油的热物性,对其在光热领域的应用进行了分析。结果表明,液态铅铋传热下该新型集热管相比传统集热管集热效率提高显著;太阳直射辐射强度、进口温度及涂层发射率对新型集热管性能影响严重,环境温度及风速的影响相对较弱;实际应用中,液态LBE作为传热介质结合其他介质间接储能的光热系统更为现实可行。

关键词：液态铅铋新型槽式集热管二维经验模拟集热性能

基于RELAP5-HD的中国铅基研究实验堆模拟机热工水力模型开发与分析

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原子能科学技术 2015年第B05期49卷 153-160页

作者：张光雨宋勇徐鹏汪建业柏云清中国科学院核能安全技术研究所中国科学院中子输运理论与辐射安全重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230027

中国铅基研究实验堆(CLEAR-Ⅰ)是针对加速器驱动次临界装置和第4代铅冷快堆发展需求设计的能实现临界和加速器驱动次临界双模式运行的新型反应堆,具有良好的中子学与热工水力学特性,并具备固有安全性。CLEAR-Ⅰ模拟机是针对中国铅基研... 详细信息

中国铅基研究实验堆(CLEAR-Ⅰ)是针对加速器驱动次临界装置和第4代铅冷快堆发展需求设计的能实现临界和加速器驱动次临界双模式运行的新型反应堆,具有良好的中子学与热工水力学特性,并具备固有安全性。CLEAR-Ⅰ模拟机是针对中国铅基研究实验堆开发的全物理过程仿真系统,能够实现设计方案校核、控制方案验证、运行工况仿真等功能,本文利用热工水力学仿真程序RELAP5-HD开发了其临界运行状态下的热工水力模型,包括一维模型及三维模型,并对模型进行了稳态和瞬态情况下的仿真验证。仿真结果表明,基于RELAP5-HD程序所建立的中国铅基研究实验堆热工水力模型合理可行,能进一步用于反应堆控制方案及控制策略研究。

关键词： REI AP5-HD 中国铅基研究实验堆模拟机热工水力模型

加速器驱动铅铋冷却自然循环次临界堆束流瞬变事故研究

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核技术 2015年第1期38卷 91-96页

作者：汪振王刚辜峙钘柏云清龙鹏程中国科学院核能安全技术研究所中子输运理论与辐射安全重点实验室合肥230031 中国科学技术大学合肥230026

利用FDS团队(Fission&Fusion Design Study)开发的中子学与热工水力学耦合安全分析软件,对一种加速器驱动铅铋自然循环次临界反应堆的束流中断及束流超功率事故进行了模拟分析。计算结果表明:加速器驱动次临界洁净核能系统(Accelerator ... 详细信息

利用FDS团队(Fission&Fusion Design Study)开发的中子学与热工水力学耦合安全分析软件,对一种加速器驱动铅铋自然循环次临界反应堆的束流中断及束流超功率事故进行了模拟分析。计算结果表明:加速器驱动次临界洁净核能系统(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)次临界堆的功率对束流瞬变的响应几乎是瞬时的;事故工况下,自然循环会根据堆芯功率自动调整至重新达到稳定;失束时间越长,材料温度降得越低,功率瞬间恢复值越低,束流恢复后,材料温度回升的速度越快;束流200%超功率事故发生后堆芯功率最终稳定在初始功率值的192.2%,燃料温度增幅最大,为286 K,燃料和包壳不会发生损坏和熔化,冷却剂不会发生沸腾。

关键词：加速器驱动次临界洁净核能系统失束束流超功率中子学与热工水力学耦合