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FSP系统建模与仿真分析

原子能科学技术 2020年第2期54卷 288-295页

作者：刘鸿博葛攀和赵守智胡古中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部

FSP(fission surface power)是美国经过充分研究论证的一种空间堆。为研究FSP系统的瞬态特性,对FSP系统各部件进行建模,并编写相关程序。该程序对系统稳态工况进行仿真,计算结果和稳态设计值符合良好。该程序对反应性引入以及主泵停止... 详细信息

FSP(fission surface power)是美国经过充分研究论证的一种空间堆。为研究FSP系统的瞬态特性,对FSP系统各部件进行建模,并编写相关程序。该程序对系统稳态工况进行仿真,计算结果和稳态设计值符合良好。该程序对反应性引入以及主泵停止后再启动工况进行了仿真,计算结果趋势合理,证明了模型、建模思想以及建模方法的正确性。结果表明反应性引入时功率以及温度参数的振荡和回路之间温度变化快慢不同有关,且主泵停止后再启动的时间间隔越小越好。该程序可为与FSP相类似的反应堆系统的瞬态分析和安全分析提供参考。

关键词： FSP 空间堆瞬态分析安全分析

基于BEAVRS全堆基准题的RMC临界计算验证

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核动力工程 2014年第S2期35卷 235-238页

作者：唐霄梁金刚王侃葛攀和李万林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成都610041

BEAVRS是基于20世纪60年代美国商用反应堆建立的基准题模型,具有精细的堆芯配置参数和详细的运行测量数据,是新型的反应堆分析工具验证基准题。本研究利用自主堆用蒙卡程序(RMC)对BEAVRS进行建模,计算反应堆在不同硼浓度和控制棒步数条... 详细信息

BEAVRS是基于20世纪60年代美国商用反应堆建立的基准题模型,具有精细的堆芯配置参数和详细的运行测量数据,是新型的反应堆分析工具验证基准题。本研究利用自主堆用蒙卡程序(RMC)对BEAVRS进行建模,计算反应堆在不同硼浓度和控制棒步数条件下的临界有效增殖系数、控制棒价值、温度系数、仪表管里的235U裂变率等一系列重要参数。结果与实测数据及同类软件结果在可接受范围,验证了RMC进行反应堆临界分析的精确性和可靠性。

关键词： BEAVRS基准题全堆临界计算 RMC

温差热电转换型空间热管冷却反应堆瞬态分析程序开发及验证

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原子能科学技术 2024年第1期58卷 69-83页

作者：葛攀和李敏李杨柳胡古柯国土中国原子能科学研究院核工程设计研究所北京102413

热管冷却反应堆采用固态堆芯设计、高温热管传热,具有结构简单、非能动、高可靠性等优点。为研究温差热电转换型空间热管冷却反应堆电源系统的瞬态特性,本文针对该型电源系统中最主要的系统(包括堆本体、高温热管、温差热电转换系统)建... 详细信息

热管冷却反应堆采用固态堆芯设计、高温热管传热,具有结构简单、非能动、高可靠性等优点。为研究温差热电转换型空间热管冷却反应堆电源系统的瞬态特性,本文针对该型电源系统中最主要的系统(包括堆本体、高温热管、温差热电转换系统)建立了详细的数学物理模型,并开发了系统瞬态分析程序,其中堆本体模型基于OpenFOAM进行模块开发,耦合了点堆动力学模型和反应性反馈模型。通过文献和试验数据分别验证了高温热管及温差热电转换模型,结果与参考值符合较好,其中温差热电转换模块发电功率与试验值的相对偏差小于2.75%。采用该程序对KRUSTY进行了建模分析,开展了反应性引入、热电转换模块失效、负荷跟踪、主动冷却丧失工况下的瞬态分析,并与试验值进行了对比。结果表明,在上述瞬态工况下堆芯燃料表面温度与试验值的偏差小于4.1 K,程序计算结果与试验值符合较好。

关键词：热管冷却反应堆瞬态分析高温热管温差热电转换 KRUSTY试验

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基于SIMPLEC算法的高温热管启动特性数值模拟

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原子能科学技术 2017年第11期51卷 1974-1981页

作者：葛攀和郭键孙晓博胡古柯国土中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部北京102413

为研究高温液态金属热管的瞬态特性,开发了高温热管瞬态分析程序,程序可模拟高温液态金属热管自凝固状态启动过程中涉及到的复杂的相变、蒸气流动及气液交界面的传质传热特性。热管管壁与吸液芯区域采用纯导热模型,考虑了吸液芯内部工... 详细信息

为研究高温液态金属热管的瞬态特性,开发了高温热管瞬态分析程序,程序可模拟高温液态金属热管自凝固状态启动过程中涉及到的复杂的相变、蒸气流动及气液交界面的传质传热特性。热管管壁与吸液芯区域采用纯导热模型,考虑了吸液芯内部工质的熔化和凝固以及气液界面的蒸发和冷凝。蒸气模型采用一维的尘气模型(DGM),该模型可精确描述热管启动过程中不同阶段的蒸气的运动特性。热管启动过程中蒸气为高度可压缩,因此蒸气速度与压力的求解采用可压缩流动的SIMPLEC算法进行计算。最后程序模拟了钠热管的启动过程,并与试验数据进行了比较。结果表明,程序模拟结果与试验数据符合较好。

关键词：高温热管启动特性尘气模型 SIMPLEC算法

反应堆蒙特卡罗程序RMC模型可视化功能开发

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原子能科学技术 2014年第S1期48卷 599-603页

作者：梁金刚葛攀和吴高晨蔡云王侃清华大学工程物理系北京100084 中国核动力研究设计院四川成都610041

反应堆蒙特卡罗程序RMC采用构造实体几何技术(CSG),建模过程需要用户输入所有的曲面、栅元等几何单元,其文本形式的建模方法具有高效、精确的优势,但同时存在表现力差、易于引入错误等问题,模型可视化是一项重要功能。本文基于程序的几... 详细信息

反应堆蒙特卡罗程序RMC采用构造实体几何技术(CSG),建模过程需要用户输入所有的曲面、栅元等几何单元,其文本形式的建模方法具有高效、精确的优势,但同时存在表现力差、易于引入错误等问题,模型可视化是一项重要功能。本文基于程序的几何定位功能,结合像素化图形技术,研究了RMC的模型可视化方法,开发了程序的画图模块,该模块支持模型的二维或三维、几何或材料信息的可视化显示。对画图功能进行了测试,验证了模型可视化的效果与意义。

关键词： RMC 构造实体几何模型可视化画图几何定位

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星表核反应堆电源系统热工概念设计

载人航天 2017年第6期23卷 784-789页

作者：葛攀和郭键高剑胡古中国原子能科学研究院北京102413

在调研国外研究的基础上,针对一个星表核反应堆电源系统进行了热工概念设计,就该系统开展了稳态和热管失效工况下的热工分析。系统采用液态金属锂热管冷却堆芯,自由活塞式斯特林发电机热电转换、汞热管辐射器废热排放的设计,锂热管将热... 详细信息

在调研国外研究的基础上,针对一个星表核反应堆电源系统进行了热工概念设计,就该系统开展了稳态和热管失效工况下的热工分析。系统采用液态金属锂热管冷却堆芯,自由活塞式斯特林发电机热电转换、汞热管辐射器废热排放的设计,锂热管将热量从堆芯导出,通过钼铼合金固体换热器与斯特林热端连接进行热电转换,废热通过汞热管辐射器排出。热工分析结果表明,在系统正常功率输出时,燃料芯块、包壳及其他结构材料温度均低于限值;当堆芯某一位置处热管发生失效,在不降低输出功率的情况下,其余热管仍能将堆芯热量导出,满足热工设计准则。该系统采用热管冷却堆芯,固体换热器实现斯特林与热管热交换的设计,具有非能动、可避免单点失效等优点。

关键词：星表核反应堆电源固体换热器斯特林锂热管汞热管辐射器

Kilopower空间堆燃料低浓化方案研究

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载人航天 2023年第2期29卷 210-214页

作者：安伟健郭键胡古葛攀和高剑中国原子能科学研究院北京102413

针对Kilopower高浓铀快堆方案(HEU-UMo)存在的核扩散和恐怖主义风险、政治风险、安保成本高昂、无法商业研发等问题,以及Kilopower低浓铀快堆方案(LEU-UMo)的质量和尺寸过大的问题,提出了一种采用低浓铀燃料板与氢化钇(YH 2)慢化剂板交... 详细信息

针对Kilopower高浓铀快堆方案(HEU-UMo)存在的核扩散和恐怖主义风险、政治风险、安保成本高昂、无法商业研发等问题,以及Kilopower低浓铀快堆方案(LEU-UMo)的质量和尺寸过大的问题,提出了一种采用低浓铀燃料板与氢化钇(YH 2)慢化剂板交叠布置的新方案(LEU-UMo-YH 2),并从物理、热工及特殊临界安全等方面对各方案进行了比较。结果表明:该方案相比LEU-UMo方案,堆芯尺寸得到了较大幅度的减小,其堆芯质量和U-235装量分别仅为LEU-UMo方案的40%和17%。若HEU-UMo被禁用,对于近期的任务,LEU-UMo具备最高的可实现性,对于远期的任务,LEU-UMo-YH 2具有很好的研究前景。

关键词：空间堆 Kilopower 核扩散 LEU

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深空轻质长寿热管堆电源方案研究

深空探测学报（中英文） 2024年第5期11卷 453-461页

作者：安伟健胡古郭键葛攀和刘金宏葛思淼中国原子能科学研究院核工程设计研究所北京102413

针对中国深空探测任务对电源的长寿命要求,选择非能动、高可靠的热管堆作为电源技术路线;为满足电源的轻质要求,选择高铀密度且具备足够高温力学性能及辐照稳定性的铀钼合金作为反应堆燃料;热传输选择海恩斯合金包壳的钠热管,热管布置... 详细信息

针对中国深空探测任务对电源的长寿命要求,选择非能动、高可靠的热管堆作为电源技术路线;为满足电源的轻质要求,选择高铀密度且具备足够高温力学性能及辐照稳定性的铀钼合金作为反应堆燃料;热传输选择海恩斯合金包壳的钠热管,热管布置于燃料内部,两者之间可采用钎焊或液体界面扩散的集成方式;热电转换选择长寿命且具备丰富成功经验的静态温差转换,转换材料选择温度适宜且高效率的半赫斯勒;为实现超长寿命的反应堆控制,提出了可燃毒物控制和多种提升堆芯负温度系数的创新型、非能动控制方案。最终电源方案预计可满足中国深空探测任务需求。

关键词：深空探测热管堆铀钼合金静态温差转换非能动控制

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TOPAZ-Ⅱ热管辐射器性能影响因素研究

科技创新导报 2020年第13期17卷 63-67页

作者：冯潇王傲葛攀和胡古赵守智中国原子能科学研究院反应堆工程研究设计所北京102413

本文对TOPAZ-Ⅱ改进型热管辐射器建立了一套整体的计算模型,包括角系数计算模型、热管传热模型、翅片导热模型以及集流环压降和传热模型。研究了角系数分布、进口温度、进出口接管对数、流量和翅片厚度对辐射器性能的影响。研究表明,横... 详细信息

本文对TOPAZ-Ⅱ改进型热管辐射器建立了一套整体的计算模型,包括角系数计算模型、热管传热模型、翅片导热模型以及集流环压降和传热模型。研究了角系数分布、进口温度、进出口接管对数、流量和翅片厚度对辐射器性能的影响。研究表明,横向角系数分布对辐射器性能影响明显。在600-1100K温度范围内,进口温度的升高使得温度不均匀性增加,当进口温度取820K基本满足设计要求,另外增加进出口接管数目可以显著降低流阻,但对辐射器的功率基本无影响。所研究的辐射器在流量为1.5kg/s,进出口接管对数取3,翅片厚度为0.14 mm具有较佳的性能。

关键词： TOPAZ-Ⅱ 空间堆辐射器优化设计高温热管