ATHLET程序的钠冷快堆应用扩展及其验证

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% C " 4 ? R反应堆是由法国原子能机构 % 于+ S V U& * = ,/( ) ) *年运行的+座池式钠冷 快 堆 !( ) ) * 年" S V U 对其进行了一回路自然 对流 实 验" 研究丧失冷却剂流动情况下反应堆
<$ 的非能 动 余 热 排 出 能 力 # !本工作利用 % C " 5
收稿日期 修回日期 ( ) + ( 5 ) = 5 + <+ ( ) + , 5 ) , 5 + , 基金项目 欧盟第七框架 0 热工水力先进反应堆系统 1 资助项目 % & ( 8 * , , = 作者简介 周 ! 罛% " 女" 湖南常德人 " 博士研究生 " 核科学与工程专业 + * < //&
中提出的公式 ! 该钠物 性模
与临界点 块能够 连 续 计 算 钠 的 熔 点 % , = + ^& % 之间的 液 体 和 气 体 热 力 学 与 输 运 (/ ) , M =^& 参数 " 包括比焓 ( 比 热 容( 饱 和 压 力( 汽 化 潜 热( 密度 ( 热膨胀系数 ( 绝热压缩系数 ( 声速 ( 临界点
对钠冷快堆的热工水力特性和安全性 全分 析 " 能研究至关重要 ! 系统分析程序是对钠冷快堆
,$ 进行瞬态及事故安全分析的重要工具 # ! 本工
增 作对轻水 堆 系 统 程 序 U!;\ V ! 进 行 修 改" 加钠 的 物 性 公 式 和 传 热 关 系 式" 将其适用范围 扩展到钠冷快堆 ! 为了 对 U!;\ V ! 程序 的钠 对法国 % 冷快堆应用扩展进行验证 " C " 4 ? R 反应 堆的自然对流实验进行模拟分析 !
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4!> " P I A " 程序验证
( ) / 8 在过 !! 钠 冷 快 堆 作 为 第 8 代 核 能 系 统 之 一 " 去的设计和运行经验基础上进行创新性改进研 发" 重点集中在提高系统的安全性和经济性方
+ 5 ($ ! 针对整个 反 应 堆 系 统 的 瞬 态 与 事 故 安 面#
原子能科学技术 !! 第8 =卷 表 !!> " P I A " 程序钠传热模块选用的关系式 " % & ' (!!= ( ' ( 3 / ( :3 1 ( ' % / * 1 + 01 2 0 1 : * 9 . F ( % / / % + 0 2 ( -. 1 : 9 ' ( 2 1 -> " P I A "3 1 : (
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!!> " P I A " 程序扩展
U !; \ V ! 程序是由德国核设施与反应堆安 $ 8 & 开发的热工水力系统分析程序# ! 全机构 % J 0 B 该程序是针对轻水堆开发的 " 无法适用于钠冷快 堆系统 ! 本 工 作 针 对 钠 冷 快 堆 应 用 " 向U !; 5 \ V ! 程序增加了钠物性模块和钠传热模块 ! 钠物性计算模块采用美国阿贡国家实验室 于+ * * / 年发布 的 钠 的 液 体 和 气 体 热 力 学 参 数 与输运参数报告
( 周 ! 罛+ 程 ! 旭+ ^ 3 $ O F;O G " # % 上海交通大学 核科学与工程学院 " 上海 !( +A ) ) ( 8 )+ 卡尔斯鲁厄理工大学 聚变与反应堆技术研究所 " 德国 卡尔斯鲁厄 != & (A 6 + , +
摘要 系统分析程序是对钠冷快堆的冷却剂回路系 统 进 行 全 局 模 拟 ( 瞬 态 及 事 故 安 全 分 析 的 重 要 工 具! 本工作对德国核设施与反应堆 安 全 机 构 % 开发的轻水堆最佳估算系统程序 U J 0 B& !;\ V ! 进 行 修 改" 增加了钠的物性公式和传热关系式 " 将其适用范围 扩 展 到 钠 冷 快 堆 ! 为 验 证 修 改 过 的 U !;\ V ! 程序" 对法国凤凰 % & 反应堆 系 统 建 模 " 并 对 其 自 然 对 流 实 验 进 行 模 拟" 将计算结果与实验数据进行比 % C " 4 ? R 较 ! 结果显示 " U !;\ V ! 程序的钠冷快堆应用扩展具有良好的适用性 ! 关键词 钠冷快堆 + 自然对流 U !;\ V ! 程序 + 中图分类号 % & ! \ 8 ( /!!! 文献标志码 U!!! 文章编号 + ) ) ) 5 6 * , + ( ) + , + + 5 ( ) / , 5 ) 6 ' : 1 * + )A = / , < Z K A ( ) + ,A 8 =A + +A ( ) / , H
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> " P I A " 程序的钠冷快堆应用扩展及其验证
钠物性计算模块采用美国阿贡国家实验室于1995年发布的钠的液体和气体热力学参数与输运参数报告块能够连续计算钠的熔点371k与临界点2503畅7k之间的液体和气体热力学与输运参数包括比焓比热容饱和压力汽化潜热密度热膨胀系数绝热压缩系数声速临界点参数表面张力导热系数和动力黏度液态金属的传热特性与水相比具有明显特征
) 1 : * 2 * 3 % / * 1 +% + :Q % ' * : % / * 1 +1 2> " P I A "7 1 : ( 2 1 -= 1 : * 9 . $ 3 1 1 ' ( :D % 0 /G ( % 3 / 1 -> ' * 3 % / * 1 + , ,
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液态金属的传热特性与水相比具有明显特 征 ! 这种差别主要是因为液态金属的普朗特数 非常低 ! 如在 ( 钠的 ) )$< ) ) 7 的温度范围内 " 普朗 特 数 相 应 为 ) 而水的则约为 M ) +$) M ) ) /" 对于普朗特数更小的液态金属 " +$6! 换言之 " 热传导对总的传热能力的贡献要比对流传热的 必 贡献大得多 ! 为 了 正 确 预 测 钠 的 传 热 行 为 " 须向 U!;\ V ! 程序增加合适的 传热模 型 ! 在 过去 几 十 年 中" 国际上提出了大量针对不同几 何形 状 流 道 的 液 态 金 属 的 传 热 关 系 式
% +! < , 6 ) ) ) ' , ( . /< , & ( # , (. # 02 # & # ( ( / & # < 6 . # 6 . & R & . )5 ) # # & 8 ( / $ & % *+ 3 3" 3 37 4"
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/$ 参数 ( 表面张力 ( 导热系数和动力黏度 # !
V ! 程序的 4 ? R 反 应 堆 自 然 对 流 实 验 对 U!;\ 钠冷快堆应用扩展进行验证 ! 4 6 !!# F ( + * O 反应堆介绍 R % C " 4 ? R 反应 堆 有 + 个 主 回 路 ( ,个钠二回 路( 蒸汽三 回 路 ! 反 应 堆 容 器 内 的 主 要 , 个水 5 部件包 括 堆 芯 及 堆 芯 栅 板 ( , 个 主 冷 却 剂 泵( 热钠 池 和 冷 钠 池 ! 在 ( 6 个中间换热器 ( ) ) *年 的自然对流 实 验 中 " 组 二 回 路 和 三 回 路 退 出 + 运行 " 其相应的(个中间换热器由特殊的停用 设备 % 取 代! 表 ( 列 出 % Y [ ! V& C " 4 ? R反应堆 在+ ( ) -. 2下的初始参数 ! , / < 7 的钠离开主泵的出口 管道 进入 堆 芯 栅板" 在此充分混合后向上进入堆芯的冷却剂 通道 " 被逐渐加热至8 流出堆芯后进入热 , ( 7" 钠池 ! 流体随后流向浸没在热钠池中的中间换 热器入口 " 进 入 换 热 器" 向下流经换热器的壳 侧" 温度降低至, 管 6 ) 7 ! 中间换热器二次侧 % 的进 ( 出口温度则分别为 , 侧& ) < 和8 , ( 7!流 体从换热器底部的窗口流出 " 进入冷钠池 " 并流 回同样浸没在冷钠池中的主冷却剂泵入口管 完成一回路的整个循环 ! 道"
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