鉛鉍反應堆環形燃料結構熱工水力分析方法研究

王 婷 趙鵬程 劉紫靜 朱恩平 于 濤

（南華大學核科學技術學院 衡陽 421001）

鉛鉍反應堆具有固有安全性好、能量密度高、運行壽期長等優勢，是第4代核能系統6種優選堆型之一［1］。環形燃料作為一種新型燃料結構，與傳統棒狀燃料相比，能實現燃料芯塊內外雙面冷卻，從而提高燃料元件的傳熱效率，降低燃料芯塊最高溫度。因此，可利用環形燃料結構提高鉛鉍反應堆的熱工水力性能，實現鉛鉍堆小型化長壽命運行。但在另外一方面，相比于棒束型燃料，環形燃料由于其特殊的幾何特征，使得其數學建模與計算分析的挑戰性大大增加。這其中不僅涉及燃料熱量分配計算，同樣也涉及內外冷卻通道流量分配計算，二者相互耦合使得環形燃料計算難度大幅度增加。因此，為實現環形燃料在鉛鉍反應堆上的運用，提高反應堆的安全性和經濟性，有必要開展環形燃料的理論研究及數值分析計算。

鑒于環形燃料元件對提升反應堆的安全性和經濟性的重要意義，國內外諸多學者對此開展研究。Feng等［2］對壓水堆環形燃料的熱工水力設計進行了研究，通過設計全堆芯VIPRE-01模型確定環形燃料棒的最佳尺寸和組件陣列方式；Marcin 等［3］針對鉛鉍反應堆開發了環形燃料程序，通過設計不同幾何尺寸和排列方式的環形燃料元件，獲得最優的環形燃料幾何設計；馬輝強等［4］建立了環形燃料芯塊一維穩態溫度場計算模型，開發了環形燃料芯塊溫度場計算程序PTFA（Program of Temperature Field of Annular Fuel Pellets）；鄧陽斌等［5］開發了雙面冷卻燃料元件熱工水力計算程序，制定性能評價指標對環形燃料元件進行了幾何尺寸優化。……