關于壓水堆核電站堆芯物理/熱工水力耦合特性分析

孫暖

中圖分類號：TM623 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2019）8-191-01

摘 要 對于反應堆堆芯而言，其在具體的實踐中，會涉及很多方面的因素，比如熱工水力、反應堆物理等內容。基于這些情況，一方面可以說，熱工水力參數會受到一些因素的影響，這些因素可能是堆芯內裂變功率；另一方面，對于反應性變化而言，其可以受到熱工水力參數的影響，主要通過兩點方式進行，其一是燃料多普勒效應；其二是慢化劑溫度效應。

關鍵詞 壓水堆核電站 堆芯物理 熱工水力 耦合特性

對于RELAP5程序而言，RELAP5-3D是最新版本，在該項實踐中，應用到的元素主要有兩個，其一是三維物理計算程序；其二是三維水力學部件。在應用這兩種元素的同時，對堆芯進行計算，主要涉及熱工水力耦合、以及三維物理兩方面內容。這一模式的應用，對于實踐有著不錯的效果。基于此，本文將以RELAP5-HD為基點，進行堆芯耦合計算，并建立對應的模型，從而細致地研究堆核電站堆芯物理以及熱工水力耦合特性問題。

一、RELAP5-HD 相關仿真模型的建立

（一）中子物理模型

在建設RELAP5-HD 模型時，其所使用的程序中有很重要的一個，即Nestle程序。在利用該程序時，還融合進了新的內容，也就是衰變熱計算模型，對于該模型進行適當的修改后，就投入到Nestle程序中。對于Nestle程序而言，其具備一個基礎模型，就是擴散方程模式，在該模式中，其是三維帶6組的少群，還可以緩發中子。關于這一模式的應用原理，主要涉及這幾點內容，第一點是 NEM方式；第二點是三維功率系統分布，該分布屬于非線性迭代模式。之后，在進行對應的加速求解，就可以解決此時出現的問題，比如堆芯穩態特征值、以及瞬態等問題，在這一過程中，我國對于六角形等組件方面的計算比較有優勢。

（二）物理/熱工水力節塊劃分與藕合方式

在該應用中，其所依據的方法主要是相關節塊法，并以此為基點展開對應的后續工作。對于堆芯物理網格而言，在進行整體劃分時，可以選擇一個處于一定范圍內的組件為一個整體，并將其作為一個節塊，關于這一范圍的選擇依據主要是徑向上。而在考慮軸向上時，其所要解決的內容就發生了一定的改變，主要是穩定性、以及高效率收斂要求等方面，相關人員對這些內容要進行全面考察。在進行該考察任務時，對于節塊的劃分，最小的單位就是正方體。經過一段時間的操作后，這一整體將會被劃分成很多個小節塊，最終會形成1936個節塊。針對堆芯熱工水力，在進行徑向上操作時，對于每一個組件都要進行保障操作，尤其是其所具備的冷卻劑通道；而在進行軸向網格劃分動作中，需要考慮大量的內容，包括節點實際數量、以及影響計算的因素等，同時還要進行劃分操作，主要劃分對象是相關冷卻劑通道，關于這一劃分操作所依據的標準是高度，最終形成水力學控制體，其數目是8個。此外，對于該控制體而言，其底部、頂部都要滿足一定的要求，即具備軸向反射層，同時，該反射層也要達到一定的要求，即其厚度要在合適的范圍內，對于該范圍的取值，就是一個物理節塊。然后，在堆芯進出口處，要使用控制體部件，該部件屬于時間類別，為了保證該項操作的順利進行，對于其壓力邊界要滿足對應的要求，尤其是聯通相關道具時，要忽略一些影響，比如不計環路等；還要忽略一些問題，比如相互交混問題等。

二、穩態結果分析

（一）分析計算第一個燃料循環穩態結果

在分析穩態結果時，其分析主要對象是第一個燃料，具體而言，要分析其滿功率工況點，并對其進行計算，計算內容涉及穩態結果。在這一工況點下，關于調節棒棒位，是189 步。在具體實踐中，要考慮硼這一化學元素，這一元素的堆芯分布比較有規律，為此，在進行計算的時候，很重要的一點，就是要調節硼的濃度，以保障整個堆芯狀態，使其處于臨界范圍之內。此外，要想提高工作效率，尤其是數據比對方面，那么就要進行歸一化處理，其處理對象主要是功率分布結果。具體而言，對于滿功率工況，要比較分析徑向功率，在這一過程中，有時候會發現誤差的存在，尤其是其值為Num3 時，與電廠相關參數值相比，仿真結果比較真實；而對于一些誤差值為600的情況，通過分析可以發現出現該現象的原因，即在進行實操時，總會出現一定的不穩定情況、以及客觀因素等。

（二）滿功率工控下相關組件通道中的流量分配因子

在進行具體的實踐中，關于水力實驗模擬而言，其主要實驗對象有以下兩點，其一，對相關流量分配而言，是孔板幾何結構；其二，對整體流量分配而言，具體指在進行這一操作所造成的的影響。在這一過程中，并不涉及堆芯活性區域內容，而且對于不同通道而言，其積分功率水平不同，因而會影響整體流量的分配情況。此外，在進行仿真實驗前，要滿足一個前提條件，即所有通道中幾何結構是一樣的，只有滿足這一情況，才可以進行之后的操作。

三、結語

綜上所述，關于壓水堆核電站問題，在進行堆芯物理/熱工水力耦合特性分析時，可以從兩點內容進行分析，其一是建立RELAP5-HD 相關仿真模型；其二是分析穩態結果，此外，還可以考慮對應的掉棒事故工況結果，進而更好的解決壓水堆核電站問題。

參考文獻：

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