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纳米流体电池热管理研究进展

工程科学学报 2024年第8期46卷 1498-1508页

作者：吴俊杰侯竣升马丽黄磊郝南京西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

随着非化石能源的开发利用,各行业电气化程度的提高以及储能技术的发展,各种电池的应用越来越广泛,同时电池向着高能量密度方向发展.在充放电过程中,电池组内能量密度的上升导致电池过热乃至爆炸,进而影响电池组的寿命和安全.因而,亟待... 详细信息

随着非化石能源的开发利用,各行业电气化程度的提高以及储能技术的发展,各种电池的应用越来越广泛,同时电池向着高能量密度方向发展.在充放电过程中,电池组内能量密度的上升导致电池过热乃至爆炸,进而影响电池组的寿命和安全.因而,亟待开发高效的热管理系统,以及时带走电池内的热量.近年来,多种新型热管理系统被广泛研究和应用.其中,具有效果显著、成本低廉和无额外能耗等优势的纳米流体电池热管理系统备受关注.本文对纳米流体电池热管理系统的研究进展进行了系统综述,首先介绍了常见的电池种类及常用的热管理技术,随后阐述了纳米流体的分类和性质,并详细论述了纳米流体在锂离子电池、燃料电池和太阳能电池三类电池中的热管理理论、数值模拟、实验和应用研究现状.最后,本文系统讨论了当前该领域面临的挑战,并提出了未来的发展方向.

关键词：热管理纳米流体锂离子电池燃料电池太阳能电池

非共振能区连续能量确定论中子输运计算方法研究

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原子能科学技术 2024年第6期58卷 1210-1217页

作者：刘浩泼李云召吴宏春曹良志西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

为了分析核反应堆堆芯内相关物理量分布,需要利用数值方法求解中子输运方程。其中,概率论方法计算效率尚无法满足大型工程计算的需求;而确定论方法大都采用多群近似技术,需要制作专门的多群数据库、进行复杂的共振计算。为了消除确定论... 详细信息

为了分析核反应堆堆芯内相关物理量分布,需要利用数值方法求解中子输运方程。其中,概率论方法计算效率尚无法满足大型工程计算的需求;而确定论方法大都采用多群近似技术,需要制作专门的多群数据库、进行复杂的共振计算。为了消除确定论方法中的多群近似,本研究提出了基于函数展开的连续能量确定论中子输运计算技术。针对核反应微观截面在非共振能区的特点,建立了多项式基函数展开技术,恰当地刻画了中子在能量维度上的耦合特性,给出了中子通量密度和核反应率等物理量随中子能量的分布。本文详细介绍了非共振能区函数展开技术的理论模型、程序开发与验证。数值结果表明,该技术思路可行。

关键词：中子输运方程基函数展开连续能量确定论非共振

基于实测数据融合的堆芯物理模型反演优化方法及工业验证研究

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原子能科学技术 2024年第7期58卷 1432-1439页

作者：郭林张凯万承辉吴宏春西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

由于堆芯运行过程中的组件辐照生长、冷却剂高速冲击等因素,燃料组件不可避免地会出现弯曲现象。但机组运行期间无法直接测量燃料组件弯曲状态,导致数值模拟采用的堆芯物理模型与真实堆芯状态之间存在差异,直观上表现为堆芯功率分布的... 详细信息

由于堆芯运行过程中的组件辐照生长、冷却剂高速冲击等因素,燃料组件不可避免地会出现弯曲现象。但机组运行期间无法直接测量燃料组件弯曲状态,导致数值模拟采用的堆芯物理模型与真实堆芯状态之间存在差异,直观上表现为堆芯功率分布的计算值与实测值存在显著误差。为了提高数值模拟精度,本文开展了基于实测数据融合的堆芯物理模型反演优化方法研究:采用人工神经网络算法,通过大量样本训练建立堆芯物理模型与实测数据物理场之间的显式函数关系;基于三维变分算法和实测数据物理场,建立物理模型反演优化代价函数,通过实测数据反演优化得到与真实状态更为接近的堆芯物理模型。为了实现方法验证,本文利用国内某商用压水堆核电厂的功率分布实测数据对堆芯燃料组件弯曲实现了反演优化。数值结果表明:采用反演优化得到的堆芯物理模型,可将堆芯功率分布计算误差的最大值由13.4%降至7.7%,显著提升了堆芯数值模拟结果的精度。因此,本文提出的基于实测数据融合的堆芯物理模型反演优化方法能够显著提高堆芯数值模拟的精度,在核反应堆数字孪生技术研发中具有重要的应用价值。

关键词：实测数据融合模型反演优化三维变分算法人工神经网络算法

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热管冷却反应堆系统研究进展和挑战

原子能科学技术 2024年第S02期58卷 340-354页

作者：田文喜王成龙郭凯伦秋穗正苏光辉西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

热管是一种高效的非能动热量传递元件,热管冷却反应堆核动力系统在多场景特种应用领域具备独特优势。本文概述了热管冷却反应堆特种核动力系统发展情况。首先介绍了热管冷却反应堆概念提出以及在海陆空天等领域的应用场景分析,同时总结... 详细信息

热管是一种高效的非能动热量传递元件,热管冷却反应堆核动力系统在多场景特种应用领域具备独特优势。本文概述了热管冷却反应堆特种核动力系统发展情况。首先介绍了热管冷却反应堆概念提出以及在海陆空天等领域的应用场景分析,同时总结了国内外典型堆型的发展现状。其次探讨了当前热管冷却反应堆面临的关键技术挑战,包括高性能材料研究、高性能热管研制、高效能量转换技术研究、设计分析技术研究。最后对未来发展趋势进行了分析和展望,强调了整体系统一体化研制、发电器件特性研究以及智能自主控制技术在热管冷却反应堆领域的重要性。本文的系统性总结将推动热管冷却反应堆技术的进一步发展,为未来特种核动力系统的应用提供重要支持。

关键词：热管热管冷却反应堆特种核动力系统关键技术挑战

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高温钠热管启动传热振荡及热疲劳安全分析

原子能科学技术 2024年第5期58卷 1024-1032页

作者：张凌义张智鹏王成龙郭凯伦田文喜苏光辉秋穗正西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

高温热管的启动是复杂的相变及流动过程,若发生传热振荡将造成温度波动,进而影响热管堆运行安全。本文通过实验及仿真方法研究高温钠热管在启动过程中的传热振荡现象及热疲劳后果。在竖直工况中,不同输入热流密度将引起钠蒸发速率变化,... 详细信息

高温热管的启动是复杂的相变及流动过程,若发生传热振荡将造成温度波动,进而影响热管堆运行安全。本文通过实验及仿真方法研究高温钠热管在启动过程中的传热振荡现象及热疲劳后果。在竖直工况中,不同输入热流密度将引起钠蒸发速率变化,呈现不同振荡特征;热流密度提升时振幅下降,周期缩短;振荡发生时,若输入功率骤降,波形将从锯齿状转变为梯形状;在水平工况中,传热振荡被明显抑制。热管在堆内发生传热振荡时,应力风险区为热管蒸发段内壁中部;异相振荡时相较同相振荡工况应力均值升高,振幅下降,疲劳损伤减轻;当安全因子K低于1.4时热管不存在疲劳失效风险,K达1.4以上后损伤逐渐显著;其中同相工况疲劳损伤最严重,K=1.6时管壁材料疲劳寿命已降低至3.29年。本研究对高温钠热管传热振荡的机理分析及完善热管可靠性评估具有重要意义。

关键词：高温钠热管传热振荡启动特性热疲劳

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关键本构模型识别与不确定性量化方法研究

原子能科学技术 2024年第5期58卷 1048-1059页

作者：马君林苟军利何俊毅单建强西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

典型基于输入的最佳估算加不确定性(BEPU)分析方法需要全面考虑各种来源的不确定性,但作为重要不确定性来源之一的最佳估算程序内部本构模型不确定性却很难得到准确量化。针对传统BEPU方法的不足,采用函数型数据分析加次序敏感性分析方... 详细信息

典型基于输入的最佳估算加不确定性(BEPU)分析方法需要全面考虑各种来源的不确定性,但作为重要不确定性来源之一的最佳估算程序内部本构模型不确定性却很难得到准确量化。针对传统BEPU方法的不足,采用函数型数据分析加次序敏感性分析方法识别重要模型,贝叶斯校准方法加高斯过程代理模型量化模型参数不确定性,得到了一种准确的关键本构模型识别与不确定性量化方法。使用该方法量化了FLECHT-SEASET实验中重要模型的不确定性,并将量化的不确定性抽样传播至包壳温度。另外对该方法与传统的关键本构模型识别方法进行对比。结果表明,该方法可以准确识别瞬态过程中的关键本构模型,传播计算结果能够很好地包络实验值。

关键词：本构模型函数型数据分析敏感性分析贝叶斯校准不确定性量化

新型钍-喹啉金属有机框架材料的制备、性质表征及其碘吸附性能研究

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原子能科学技术 2024年第10期58卷 2095-2105页

作者：韩哲刘一鸣王春晖高原何普涌邱杰西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

为了开发一种新型的钍基碘吸附材料,本文通过溶剂热法合成了一种含喹啉配体的钍基金属有机框架(MOF)材料——[Th(C_(9)H_(5)NOCOO)_(4)]·12H_(2)O(Th-HQCA),表征分析了其结构、组分、光谱性质,并探究了该MOF材料对碘的吸附性能及其影... 详细信息

为了开发一种新型的钍基碘吸附材料,本文通过溶剂热法合成了一种含喹啉配体的钍基金属有机框架(MOF)材料——[Th(C_(9)H_(5)NOCOO)_(4)]·12H_(2)O(Th-HQCA),表征分析了其结构、组分、光谱性质,并探究了该MOF材料对碘的吸附性能及其影响因素。结果表明:钍离子与4个喹啉上的羧基氧和另外4个喹啉上的羟基氧配位后,形成了Th-HQCA的2,8-连接的新型框架结构。荧光光谱显示Th-HQCA受紫外光激发后,展现出发射蓝光的特性。碘吸附的实验结果表明Th-HQCA可从气相和环己烷溶液中捕获碘的最大吸附容量分别为535、295 mg/g。

关键词：钍基金属有机框架材料晶体结构荧光性质碘吸附

“华龙一号”LOCA事故后IRWST内pH及碘扩散模型

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核动力工程 2024年第1期45卷 186-193页

作者：王城喻路长冬郭少强陈忆晨周文涛江娉婷西安交通大学核科学与技术学院西安710049 中广核研究院有限公司广东深圳518031 上海交通大学上海200240

“华龙一号”地坑设置非能动pH值调节篮,加入碱性添加剂控制大破口失水事故(LOCA)后安全壳内置换料水箱(IRWST)pH,从而降低壳内气相碘浓度,预测事故后pH和碘浓度对事故源项和放射性分析至关重要。本文针对LOCA后再循环水流程,结合碘的... 详细信息

“华龙一号”地坑设置非能动pH值调节篮,加入碱性添加剂控制大破口失水事故(LOCA)后安全壳内置换料水箱(IRWST)pH,从而降低壳内气相碘浓度,预测事故后pH和碘浓度对事故源项和放射性分析至关重要。本文针对LOCA后再循环水流程,结合碘的气液分配、双膜理论以及碘形态与pH关系,建立宏观瞬态模型,实现事故后IRWST瞬态pH、物质浓度以及安全壳内气液两相碘浓度计算。对比Visual MINTEQ软件结果验证了模型pH计算,选取工况参数代入模型分析影响因素,结果正确反映pH与碘浓度的关系,证明该模型具备预测事故后pH和碘浓度的能力。

关键词：大破口失水事故(LOCA) 安全壳碘 pH “华龙一号”

基于压水堆堆芯物理分析软件Bamboo-C的VVER-1000工业确认研究

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核动力工程 2024年第4期45卷 9-16页

作者：杨灏哲何旭东王昆鹏万承辉吴宏春西安交通大学核科学与技术学院西安710049 生态环境部核与辐射安全中心北京100082

本研究旨在实现对VVER-1000型核反应堆的精确物理分析,基于西安交通大学自研的先进压水堆堆芯物理分析软件Bamboo-C,进行了深入的方法学研究。研究内容包括:在组件计算方面,研究了基于构造实体几何的六角形输运计算方法及重反射层的精... 详细信息

本研究旨在实现对VVER-1000型核反应堆的精确物理分析,基于西安交通大学自研的先进压水堆堆芯物理分析软件Bamboo-C,进行了深入的方法学研究。研究内容包括:在组件计算方面,研究了基于构造实体几何的六角形输运计算方法及重反射层的精细建模技术;在堆芯计算方面,研究了保角变换与非线性迭代策略结合的六角形节块中子扩散计算法。基于Bamboo-C软件对某VVER-1000机组连续3个燃料循环启动物理试验和功率运行进行了建模计算,并与实测数据进行了对比分析。结果表明:①启动物理试验中,临界硼浓度的误差均值为−5.0ppm(1ppm=10^(-6));慢化剂温度系数与等温温度系数的误差均值分别为0.3 pcm/K和0.9 pcm/K(1pcm=10^(-5));硼微分价值的误差均值为−5.0%;控制棒价值的误差均值为−7.8%;②功率运行中,3个循环临界硼浓度的误差均值分别为−2.3ppm、−18.9ppm和−7.8ppm;3个循环的堆芯功率分布误差的均值为−0.010(组件相对功率大于1)和0.012(组件相对功率小于1)。因此,Bamboo-C软件对VVER-1000机组堆芯关键物理量的计算误差均满足工业限值要求,具备工程应用的能力。

关键词： Bamboo-C软件 VVER-1000 工业确认