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Optimization of spatial structure designs of control rod using Monte Carlo code RMC

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Frontiers in Energy 2021年第4期15卷 974-983页

作者： Hao LUO Mancang LI shanfang huang Minyun LIU Kan WANG Department of Engineering Physics Tsinghua UniversityBeijing 100084China Science and Technology on Reactor System Design Technology Laboratory Nuclear Power Institute of ChinaChengdu 610213China CNNC Key Laboratory on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics Technology China National Nuclear Corporation Nuclear Power Institute of ChinaChengdu 610213China

Control rod is the most important approach to control reactivity in reactors,which is currently a cluster of pins filled with boron carbide(B4C).In this case,neutrons are captured in the outer region,and thus the inner absorber is ***,the lifetime of the control rod is challenged due to the high reactivity worth loss resulted from the excessive degradation of B4C in the high flux *** this work,some control rod designs are proposed with optimized spatial structures including the spatially mixed rod,radially moderated rod,and composite control rod with small-sized *** control rod worth and effective absorption cross section of these designs are computed using the Monte Carlo code RMC.A long-time depletion calculation is conducted to evaluate their burnup *** the spatially mixed rod,rare-earth absorbers are combined with B4C in spatial *** with the homogenous B4C rod,mixed designs ensure more sufficient reactivity worth in the lifetime of the *** minimum reactivity loss at the end of the cycle is only 1.8%from the dysprosium titanate rod,while the loss for pure B4C rod is nearly 12%.For the radially moderated design,a doubled neutronic efficiency is achieved when the volume ratio of moderator equals approximately 0.3,while excessive moderating may lead to the failure of control *** control rod with small-sized pins processes an enhanced safety performance and saves the investment in *** rod worth can be further enhanced by introducing small moderator pins,and the reactivity loss caused by the reduction of absorbers is sustainable.

关键词： control rod optimized spatial structure neutronic performance burnup stability

Phase identification by a novel needle-contact capacitance probe in gas-liquid two-phase flows

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Nuclear Science and Techniques 2010年第5期21卷 316-320页

作者： huang shanfang LU Jun ZHANG Bingdong WANG Dong Department of Engineering Physics Tsinghua University Beijing 100084 China State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering Xi 'an Jiaotong University Xi'an 710049 China Beijing Aerospace Institute for Metrology and Measurement Technology Beijing 100076 China

In this paper,we propose a novel probe to identify phases in any two-phase flows where one phase is conductive and the other *** can further obtain many parameters such as void fraction,bubble velocity,and interfacial area *** with the traditional probe,the novel probe has unique advantages that it is less dependent on water conductance or distance between the electrodes,and that the amplitude is bigger between high and low *** analyses showed that the measurement error became higher when water conductance decreases or distance increases,which is consistent with the theoretical *** results showed that the output signal kept constant with salt content of 0-5% and electrode distance of 0-30 mm in tap *** level difference was up to 6.4 V,resulting in identifying two phases *** traces of phase identification were completely consistent with the flow structures.

关键词：气液两相流探头接触式鉴定一阶电导电极水电导率气泡速度

Flow pattern identification based on a single-wire capacitance probe

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Nuclear Science and Techniques 2010年第4期21卷 246-250页

作者： huang shanfang ZHANG Bingdong LU Jun WANG Dong YANG Yanhua Department of Engineering Physics Tsinghua University Beijing 100084 China School of Energy and Power Engineering Xi 'an Jiaotong University Xi'an 710049 China School of Nuclear Science and Engineering Shanghai Jiaotong University Shanghai 200240 China

To identify flow patterns in horizontal gas-liquid flows,a single-wire capacitance probe was used for voltage output for the first *** of the measurement accuracy of water layer height,the statistic parameters of the voltage-time traces were compared within the same sampling time of 5s under different flow patterns,including maximum,minimum,range,and *** results show that most of flow pattens were accurately identified except for some transition lines.

关键词：电容探针流型识别单线流动模式电压输出平均时间测量精度统计参数

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超临界二氧化碳喷射器结构设计与性能研究

核动力工程 2023年第S01期44卷 81-87页

作者：冯梦娇刘旻昀黄善仿黄彦平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610213 清华大学工程物理系北京100084 中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室成都610213

在不额外消耗机械功的条件下,为了尽可能消除超临界二氧化碳涡轮系统中产生的泄漏气体对循环稳定性的负面影响,本文基于等压混合理论和双壅塞临界状态设计了可将泄露气体加压输送回循环的喷射器结构,使用计算流体力学软件Fluent对该模... 详细信息

在不额外消耗机械功的条件下,为了尽可能消除超临界二氧化碳涡轮系统中产生的泄漏气体对循环稳定性的负面影响,本文基于等压混合理论和双壅塞临界状态设计了可将泄露气体加压输送回循环的喷射器结构,使用计算流体力学软件Fluent对该模型进行数值模拟,分析喷射器的性能,探究尺寸参数对喷射器性能的影响。结果表明,四级串联的喷射器能依次将0.5 MPa泄漏气体加压至2.0、4.4、6.0、8.0 MPa,实现泄漏气体的回收利用;喷射器背压小于临界压力时,引射比不受背压影响,喷射器背压大于临界压力时,引射比随背压的增大而急剧减小;引射比随入口截面的减小而增大,随喷嘴收缩角的增大先增大后减小,在收缩角为20°时,引射比达到最大。

关键词：超临界二氧化碳泄漏气体多级喷射器结构优化

自由液面饱和工况下压力容器外部自然循环及CHF的特性分析

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核动力工程 2016年第6期37卷 28-32页

作者：胡强闫晓黄善仿黄彦平于俊崇中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室成都610213 清华大学工程物理系北京100084

基于一维稳态两相守恒方程、低流速过冷沸腾净蒸汽点计算方法和漂移流模型,建立反应堆压力容器(RPV)外部自然循环特征分析的数值计算模型。结合SULTAN关系式,综合分析熔融物衰变热功率、流道间隙、入口阻力系数和堆腔淹没水位对RPV外部... 详细信息

基于一维稳态两相守恒方程、低流速过冷沸腾净蒸汽点计算方法和漂移流模型,建立反应堆压力容器(RPV)外部自然循环特征分析的数值计算模型。结合SULTAN关系式,综合分析熔融物衰变热功率、流道间隙、入口阻力系数和堆腔淹没水位对RPV外部冷却过程的影响。

关键词：熔融物堆内滞留(IVR) 自然循环数值计算

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超临界流动不稳定性实验的通道不对称性研究

原子能科学技术 2013年第11期47卷 1983-1988页

作者：熊挺闫晓于俊崇黄善仿黄彦平肖泽军中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室四川成都610041 清华大学工程物理系北京100084

针对国内外超临界水流动不稳定性实验研究的匮乏,结合并联双通道实验研究和数值计算成果,对影响实验可行性的通道不对称性进行了分析和讨论。分析了超临界水并联双通道流动不稳定性实验中流量脉动的变化过程,并采用自编程序对系统的稳... 详细信息

针对国内外超临界水流动不稳定性实验研究的匮乏,结合并联双通道实验研究和数值计算成果,对影响实验可行性的通道不对称性进行了分析和讨论。分析了超临界水并联双通道流动不稳定性实验中流量脉动的变化过程,并采用自编程序对系统的稳态特性和瞬态特性进行求解。结果表明:双通道流量不对称会降低实验的可行性;流量不对称性由几何结构不对称性引起;超临界水的物性变化规律导致流量不对称性在流体温度跨过拟临界的过程中被放大;流量不对称的程度受流体温度和双通道总流量影响,实验过程中可通过减小双通道总流量来提高实验的可行性。

关键词：不对称性实验可行性超临界水流动不稳定性并联双通道

超临界水拟临界区的物性变化对传热特性的影响分析

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核动力工程 2015年第1期36卷 157-160页

作者：臧金光闫晓黄善仿曾小康黄彦平中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室成都610041 清华大学工程物理系北京100084

超临界水的拟临界区是物性的剧烈变化区,对超临界水的流动传热具有重要影响,这个区域的物性数据直接影响到数值计算的可靠性。本文基于2个超临界实验工况利用FLUENT计算流体力学软件,分析超临界水在拟临界区的物性数据对传热特性数值计... 详细信息

超临界水的拟临界区是物性的剧烈变化区,对超临界水的流动传热具有重要影响,这个区域的物性数据直接影响到数值计算的可靠性。本文基于2个超临界实验工况利用FLUENT计算流体力学软件,分析超临界水在拟临界区的物性数据对传热特性数值计算结果的敏感性,并基于FLUENT软件的用户自定义函数(UDF)扩展其物性处理方式。通过与实验工况进行比较,认为改进后的物性处理方式有助于提高数值计算的预测精度。

关键词：超临界水物性用户自定义函数(UDF)

熔融物堆内滞留条件下压力容器外部自然循环特征分析

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核动力工程 2017年第4期38卷 172-177页

作者：闫晓胡强黄善仿于俊崇黎阳中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室成都610213 清华大学工程物理系北京100084

基于一维稳态两相分离流模型,并引入低流速过冷沸腾净蒸汽产生点方法,建立熔融物堆内滞留(IVR)条件下的两相流动数值计算模型,以获取两相流真实含气率。通过对比ULPU-V试验中自然循环流量,验证数值计算模型预测结果的准确性。针对AP100... 详细信息

基于一维稳态两相分离流模型,并引入低流速过冷沸腾净蒸汽产生点方法,建立熔融物堆内滞留(IVR)条件下的两相流动数值计算模型,以获取两相流真实含气率。通过对比ULPU-V试验中自然循环流量,验证数值计算模型预测结果的准确性。针对AP1000堆型,分析几何结构参数和热工参数对其IVR策略中自然循环流量的影响。分析结果显示,冷却水过冷度、流道间隙、堆腔淹没水位、流道入口面积和出口阻力系数对自然循环过程有着不同程度的影响,自然循环稳态流量呈现出不同的变化趋势。

关键词：熔融物堆内滞留自然循环数值计算

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丝网芯内钠薄液膜蒸发与毛细特性研究

原子能科学技术 2022年第6期56卷 1154-1162页

作者：马誉高张英楠余红星黄善仿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四川成都610041

高温碱金属丝网芯热管主要应用于核能、航空航天等领域。由于碱金属工质与常规低温工质在热物性上存在显著差异,且丝网芯热管内部运行机理复杂,碱金属工质在丝网芯表面的相变行为亟待研究。本文建立了以前驱膜理论和蒸发弯月面液膜理论... 详细信息

高温碱金属丝网芯热管主要应用于核能、航空航天等领域。由于碱金属工质与常规低温工质在热物性上存在显著差异,且丝网芯热管内部运行机理复杂,碱金属工质在丝网芯表面的相变行为亟待研究。本文建立了以前驱膜理论和蒸发弯月面液膜理论为基础的丝网芯毛细蒸发薄液膜模型,考虑分离压力的电子分量与钠液膜热传导效应,对液态钠工质在丝网芯表面的毛细现象进行了分析,进而探究了不同运行参数对钠液膜传热传质与毛细特性的影响。研究表明,液态钠工质主要在本征弯月面内发生相变,运行温度通过改变工质热物性影响液膜的传热传质能力。丝网芯的动态调整能力与丝径和孔径等几何参数有关,通过改变液膜接触线位置,进而改变蒸发面积和三相接触线长度,从而影响丝网芯受力情况和传热传质能力,改变丝网芯表面液膜提供的毛细力。

关键词：气-液-固三相界面蒸发弯月面液膜理论传热传质毛细特性分离压力

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