矩形通道局部變形堵塞對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)研究

郭玖元鄧永皓許 巍劉曉晶何曉強(qiáng)

1（上海交通大學(xué) 核科學(xué)與工程學(xué)院 上海200240）

2（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院 成都610041）

板狀燃料元件因具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效率較高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于核反應(yīng)堆中。板狀燃料元件反應(yīng)堆堆芯的冷卻劑流道為狹窄的矩形通道，各通道間互不相通［1］。燃料包殼在長(zhǎng)期的中子輻照和高溫環(huán)境下可能會(huì)使矩形通道發(fā)生局部的腫脹、變形乃至鼓泡［2］，這將有可能引起冷卻劑流道堵塞事故。

冷卻劑流道堵塞事故會(huì)使得流道阻力增大、流量減少［3］，這可能造成燃料板失冷，板溫升高，威脅包殼完整性，引發(fā)嚴(yán)重的事故后果。一些運(yùn)行中的板狀燃料反應(yīng)堆已發(fā)生過(guò)此類事故，如1965年美國(guó)橡樹嶺研究堆發(fā)生過(guò)一起因橡膠墊片隨冷卻劑流入堆芯而引起的堵流事故，最終導(dǎo)致一個(gè)板狀燃料組件中的三塊燃料板局部熔化；1996年，Stovall等［4］開展了在冷卻劑通道入口分別為25%部分堵塞和35%部分堵塞的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果顯示：流體在堵塞下游會(huì)存在一個(gè)流速降低區(qū)域，這導(dǎo)致了冷卻劑通道內(nèi)的流動(dòng)傳熱能力降低，使得壁面溫度升高；2014年，Li等［5］應(yīng)用多維堆芯物理與熱工水力耦合程序PORSTA的電動(dòng)閥模型完成流道堵塞的瞬態(tài)模擬分析。結(jié)果顯示：堆芯在發(fā)生流道堵塞事故瞬態(tài)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的局部的物理熱工負(fù)反饋效應(yīng)，這使得堆芯局部功率下降。而從整個(gè)堆芯整體來(lái)看，反應(yīng)堆的功率最終的變化趨勢(shì)和堵塞份額有關(guān)；2014年，宋磊等［2］針對(duì)板狀燃料組件在入口堵流事故下進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。……