液態(tài)金屬冷卻快堆系統(tǒng)核熱耦合分析技術(shù)的研究.pdf

1、為了精確把握堆芯三維動態(tài)特性及核反應(yīng)堆系統(tǒng)瞬態(tài)工況下的安全特性，十分必要采用三維中子物理程序與熱工水力學(xué)程序耦合計算的方式，對快堆的核熱耦合作用較為劇烈、功率分布變化明顯的瞬態(tài)過程進(jìn)行分析。本文主要研究了基于三維核熱耦合的液態(tài)金屬冷卻快堆系統(tǒng)分析技術(shù)，其中包括快堆系統(tǒng)分析技術(shù)、三維中子動力學(xué)方程的求解技術(shù)和快堆三維中子物理與熱工水力耦合技術(shù)。在這些技術(shù)的基礎(chǔ)上，分別開發(fā)了快堆系統(tǒng)分析程序、三維中子物理程序和快堆三維核熱耦合程序。

2、　　首先，本文研究了快堆系統(tǒng)分析技術(shù)。對適用于快堆系統(tǒng)分析的物理模型進(jìn)行研究，開發(fā)出了適用于鈉冷快堆的系統(tǒng)分析程序。研究了適用于鉛冷快堆的冷卻劑物性參數(shù)、流動換熱關(guān)系式，并且在鈉冷快堆系統(tǒng)分析程序現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上，通過整合相關(guān)模型和數(shù)值計算方法，開發(fā)出了適用于鉛冷快堆的系統(tǒng)分析程序。利用鈉冷快堆系統(tǒng)分析程序?qū)γ绹鳨BR-Ⅱ快堆的無保護(hù)失流事故和無保護(hù)失熱阱事故進(jìn)行計算分析，計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合較好，驗(yàn)證了程序的有效性和EBR-Ⅱ快堆的

3、固有安全性。之后，利用鉛冷快堆系統(tǒng)分析程序?qū)VBR75/100的穩(wěn)態(tài)工況、升降功率工況和事故工況進(jìn)行計算分析，驗(yàn)證了程序的有效性。
　　其次，本文研究了三維中子動力學(xué)方程的求解技術(shù)。提出了高階節(jié)塊展開法，用于求解六角形坐標(biāo)系下的三維中子擴(kuò)散方程，提高了空間離散的計算精度。之后，采用對角隱式龍格庫塔法作為求解六角形坐標(biāo)系下中子動力學(xué)方程的時間離散方法，提高了時間離散的計算精度。在此方法的基礎(chǔ)上，分別開發(fā)了三維穩(wěn)態(tài)中子物理程序和三維

4、中子動力學(xué)程序，并利用相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)基準(zhǔn)題和瞬態(tài)基準(zhǔn)題驗(yàn)證了程序的準(zhǔn)確性。
　　最后，研究了快堆三維中子物理與熱工水力耦合技術(shù)，其中包括適用于快堆的穩(wěn)態(tài)核熱耦合技術(shù)和瞬態(tài)核熱耦合技術(shù)。在穩(wěn)態(tài)耦合方法中，系統(tǒng)分析程序和中子物理程序依次計算并且互相傳遞數(shù)據(jù)，通過多次迭代計算得到三維功率分布和熱工水力參數(shù)。在瞬態(tài)耦合方法中，耦合形式選擇一次通過式的內(nèi)耦合，物理與熱工水力計算不進(jìn)行迭代。在時間離散方面，本文研究了一種改進(jìn)的半隱式耦合格式。在時

5、間步進(jìn)控制方面，采用多級時間步長策略，中子物理程序和熱工水力程序采用不同的時間步長?；诒疚难芯康暮藷狁詈戏椒?，采用模塊化耦合的方式實(shí)現(xiàn)三維中子物理程序與快堆系統(tǒng)分析程序的耦合，開發(fā)出快堆三維核熱耦合系統(tǒng)分析程序。利用VVER440基準(zhǔn)題對核熱耦合機(jī)理進(jìn)行了驗(yàn)證，計算結(jié)果與參考解符合的較好，驗(yàn)證了核熱耦合方法的有效性和三維瞬態(tài)物理程序的準(zhǔn)確性。然后，利用所開發(fā)的程序?qū)NR控制棒失控提出事故進(jìn)行計算，計算結(jié)果與參考解符合較好，驗(yàn)證了程序