加速器驅動次臨界反應堆一回路系統穩態計算分析

曾文杰　王承祥

摘 要：依據建立的加速器驅動次臨界反應堆一回路系統穩態特性研究模型，編制用于計算次臨界反應堆的穩態計算程序。選取CLEAR-IB為研究對象，計算額定功率下CLEAR-IB一回路系統的溫度，并將結果與設計值進行比較，結果相一致驗證了程序的可靠性，對CLEAR-IB的動態分析具有重要的意義。

關鍵詞：次臨界反應堆 一回路 穩態計算 分析

中圖分類號：TL353 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（c）-0216-02

加速器驅動次臨界系統由一個次臨界反應堆堆芯、一個高能質子加速器和一個散裂靶組成，可有效嬗變長壽期核廢物。系統依靠質子加速器產生的質子束轟擊散裂靶產生中子，用以維持次臨界反應堆的正常運行。

2011年，中國科學院主持戰略先導科技專項“未來先進核能裂變系統—加速器驅動次臨界嬗變系統”。由中科院核能安全研究所建立以液態鉛鉍為冷卻劑的10MWth研究堆CLEAR-I，該堆可運行在臨界與次臨界兩種工況下[1]。為研究CLEAR-IB一回路系統的穩態特性，需建立一回路穩態模型開展穩態計算分析，為系統的動態計算提供基礎。

1 系統描述

CLEAR-IB包含鉛鉍合金自然循環回路、水回路和空氣冷卻回路，一回路采用池式結構，冷卻劑出口溫度400℃。系統共有四個環路，每個環路包含一個空冷器和一個熱交換器。熱交換器中二次側為水，壓力2.32MPa，通過空冷器中的空氣對二次側水進行冷卻。CLEAR-IB的主要設計參數如表1所示[2]。

2 物理模型

2.1 一回路系統簡化

將一回路劃分成次臨界堆芯、堆芯出口通道、上腔室、熱交換器、堆芯入口通道、下腔室，如圖1所示。

2.2 一回路系統穩態模型

（1）堆芯穩態模型

穩態工況下，堆芯的傳熱模型可以表示為：

（1）

（2）

公式（1）和（2）中：冷卻劑平均溫度用堆芯進口溫度和出口溫度的算術平均值來表示，即：

（3）

（2）上、下腔室穩態模型

穩態工況下，上、下腔室的穩態平均溫度表達式：

（4）

（5）

（3）換熱器穩態模型

穩態工況下，換熱器的模型為，

（7）

（8）

（9）

3 一回路穩態計算結果及分析

3.1 堆芯穩態計算分析

當反應堆額定功率運行時，一回路總循環流量取875.9kg·s-1，通過堆芯穩態換熱模型，計算得到了額定功率時燃料包殼平均溫度、堆芯出口溫度及堆芯平均溫度的值，如表2所示。

表中穩態計算值與工程設計值之間誤差較大的為燃料包殼平均溫度值和堆芯出口溫度，偏差分別達到了1.89℃和1.24℃。但考慮到工程設計中溫度的允許誤差一般在±3℃的范圍內，上述計算誤差是允許的，所以認為堆芯的穩態計算結果合理。

3.2 換熱器溫度穩態計算分析

額定工況下，換熱器二次側質量流量恒定，換熱器一次側進口溫度為385.0℃，二次側出口溫度設為240℃，同時要求一次側出口溫度保持在310℃左右，穩態誤差不超過±3℃；二回路平均溫度維持230℃左右，穩態誤差不超過±3℃。穩態計算結果如表3所示，額定工況下利用換熱器穩態模型得到的換熱器兩側穩態參數的誤差在允許的范圍內，計算結果合理。

4 結語

該文建立了次臨界反應堆一回路系統穩態模型，編寫了穩態計算程序，通過穩態計算對系統的穩態特性進行了初步分析并得到了在工程計算誤差允許范圍內的穩態溫度參數，可以為后續動態分析提供穩態計算值。

參考文獻

[1] 孫長義，趙福宇.中國次臨界實驗堆系統控制特性仿真研究[OL].中國科技論文在線.[2012-08-21]：http：//www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201208-139.

[2] 盧冬華，肖澤軍，陳炳德.壓水堆自然循環比例?；痉匠碳跋嗨茰蕜t數的研究[J].核動力工程，2009，30（3）：1-2.

[3] 楊祖毛，王飛，王文康，等.閉合回路單相自然循環穩態特性研究[J].核動力工程，1999，20（3）：1-2.