TOPAZⅡ反應堆本體流固共軛傳熱數值模擬

鄒佳訊，郭春秋，孫 征

(中國原子能科學研究院 反應堆工程技術研究部，北京 102413)

TOPAZ-Ⅱ是由俄羅斯開發的熱離子型空間核動力反應堆的堆型[1,2]，TOPAZ-Ⅱ反應堆不同于常規的陸上反應堆，其堆型要求相對緊湊、小型或微型化。TOPAZ-Ⅱ堆內的冷卻劑為液態NaK合金，NaK共晶合金具有熔點低，熱導率高等優點。 國內外針對TOPAZ-Ⅱ開發了一系列專用系統分析程序，如俄羅斯開發了ENSY系統分析程序對啟動期間喪失冷卻劑事故進行了分析，美國開發了熱離子集成瞬態系統分析程序有TITAM，CENTRAR等[3～4]，國內開發的見諸報道的有西安交通大學開發的瞬態空間熱離子反應堆系統分析程序TASTIN等等[5～6]，這些系統分析程序可以分析穩態或者瞬態工況下系統的整體參數及動態響應情況，關于TOPAZ-Ⅱ詳細的堆本體三維流場溫場方面的信息較少。堆芯入口流量分配數據是反應堆熱工水力必不可少的計算輸入，從反應堆力學分析的角度來看，堆芯燃料和部件可能會因為自身的溫度梯度而產生熱應力，流動和傳熱計算的到的溫場及流場可為力學分析提供設計輸入，一般情況下，固體的熱應力分析和溫度計算分析可能是耦合的，但由于應力形變相對于幾何尺寸有時候是可以忽略的，所以在確定熱應力之前可單獨進行溫度分布計算。目前的商用CFD軟件無論是在國外還是國內，已越來越多應用于諸如水冷堆、液態金屬冷卻反應堆等反應堆熱工水力行為的數值計算和研究中[7～9]。本文利用計算流體力學技術，針對TOPAZ Ⅱ反應堆本體進行流固共軛傳熱模擬，獲得關鍵的熱工水力參數及堆本體溫度，為后續設計提供參考。……