不同燃料循环方案的可持续性与经济性分析

基于核燃料循环政策技术的成熟度,选取了一次通过循环方案(OTC)、单次复用循环方案(TTC)、快堆闭式循环方案(FRC)及混合堆闭式循环方案(HRC)四种典型的核燃料循环方案进行分析。采用平衡物质流模型对不同燃料循环方案的可持续性进行研究,基于平准化电力成本计算方法对不同方案的燃料成本和乏燃料处置成本进行分析。研究结果表明:闭式燃料循环可极大减少核废料产生; 燃料可自持的FRC方案及HRC方案可使用贫铀做燃料而不消耗天然铀; 仅考虑燃料成本和乏燃料处置成本时,HRC方案的经济性最高而TTC方案的经济性最差。     

负泊松比结构力学设计、抗冲击性能及在车辆工程应用与展望

轻量化多功能负泊松比结构由于具有优异的可设计性、拉胀特性、剪切模量、断裂韧性、抗冲击吸能、减震降噪等特性,在车辆吸能结构设计和多功能优化方面具有巨大的应用潜力.本文详细综述了负泊松比结构的力学设计及其在车辆工程中的典型应用:(1)负泊松比基本概念及其力学特性, 以及近几十年来的快速发展趋势;(2)负泊松比材料与结构构型设计方法的基本分类、负泊松比泡沫材料微结构特征及制备工艺、负泊松比复合材料设计方法的基本发展历程以及前沿人工智能设计方法;(3)针对典型负泊松比结构的力学设计进行详细介绍, 主要包括手性结构、方格旋转结构、双箭头内凹结构、内凹蜂窝结构、拉伸扭转效应负泊松比结构等;(4)负泊松比材料与结构的冲击吸能特性及相关的实验、理论和模拟研究;(5)负泊松比材料与结构在汽车轻量化设计领域的典型应用, 主要包括汽车吸能盒、B柱、发动机罩、安全带、悬架、免充气轮胎等典型吸能结构件;(6)负泊松比结构在汽车工程中的应用前景, 所面临技术挑战和巨大应用潜力.      

板状燃料组件流道部分堵塞的安全边界研究

为掌握板状燃料组件内多个流道堵塞下的流动换热特性,获得流动堵塞致传热恶化的触发边界,以提高板状燃料反应堆的运行安全性,以典型板状燃料堆JRR-3M的标准燃料组件为对象,基于定性分析将流道堵塞事故分为非相邻流道堵塞与相邻流道堵塞两类,采用计算流体动力学软件ANSYS Fluent对两类流道堵塞事故下的流动换热特性进行模拟。模拟结果表明:非相邻流道完全堵塞或相邻流道最大堵塞率低于35%,流道内不会发生局部沸腾且燃料最高温度低于许用温度。基于上述结果,可确定JRR-3M反应堆在堵流事故下的安全运行边界。     

S-CO2布雷顿循环转化效率分析

以超临界二氧化碳简单回热型布雷顿循环为研究对象,以核电站为应用背景,详细论述了系统循环模型与关键器部件的效率模型建立方法,并利用该模型初步分析了各类工程因素对布雷顿循环效率、系统体积的影响,分析结果表明,循环效率、系统体积对温度、压力、涡轮机械效率、回热器等参数的敏感性存在较大差异,其中增加透平入口温度对缩减系统总体积最为有效,需要建立完善的系统分析模型以进行S-CO₂系统的优化设计。     

高增益包层失流事故热工安全分析

利用系统分析程序RELAP5/Mod 3.4对基于中国聚变工程实验堆(CFETR)的高增益包层聚变堆进行了全堆尺度的安全分析。针对包层结构复杂、部件众多的特点,提出了对包层两套冷却系统的复杂流动和传热结构的等效建模方法,并建立了两套冷却系统间的传热模型。在此基础上完成全包层模型,对稳态运行工况进行了计算验证,并选取燃料区全部失流事故进行安全分析。计算结果表明:在事故过程中,第一壁-产氚区冷却系统能够带走燃料区的部分衰变热,高增益包层的各项热工参数均未超过限值。这表明包层能够有效地抵御此类事故,具有良好的热工安全特性。     

高增益包层冷却系统设计及初步热工水力分析北大核心CSCD

高增益包层氚增殖率能够达到1.5以上,能量放大倍数约为5,包层燃料区平均功率达50MW/m3,针对包层存在高功率密度区的这一特点,设计了采用迂回流动方案的水冷系统,主要由内嵌冷却管和汇总分流腔组成。建立了包括第一壁和燃料区的包层三维热工水力计算模型,利用CFD程序FLUENT对冷却系统进行模拟分析,研究了稳态工况条件下包层关键区域的整体热工水力特性。结果表明,该水冷系统流量分配合理,燃料区冷却剂压降为102kPa,出口温度为594K,符合设计预期。包层温度分布结果表明各区域最高温度均满足限值要求,冷却系统能够有效载出包层内裂变反应释放的热量。     

U型并联多通道中流量分配特性

高增益包层并联多通道流量分配特性直接影响其传热效率,在初始设计中,缺少简洁有效的设计方法。采用Fluent程序对U型布置并联多通道的流量分配特性进行数值模拟,通过敏感性分析,确定了影响流量分配特性的支管长度、支管横截面积、支管个数以及总管横截面积等重要参数,提出了预估流量分配特性的方法。分析表明,无量纲参数Kfd越低,流量分配越均匀；当Kfd低于0.03时,流量丧失比低于5%。     

微管壳式换热器在能量转换循环中的应用

目前，超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环普遍采用印刷电路板换热器(PCHE)来保证其相对其他能量转换循环的紧凑性优势。PCHE芯体为整体结构，若内部出现泄漏或结垢等问题，很难进行维护与检修。本文提出了一种微管壳式换热器(MSTE)，其结构与传统管壳式换热器类似，但其管径缩小至微通道级。由于MSTE的流道横截面积占总截面积之比较PCHE大，在典型的回热器与冷却器设计工况下，相对PCHE而言，采用MSTE可将体积与质量均减小30%以上。灵敏性分析结果显示，采用本文设计的MSTE结构的回热器与冷却器，回热器冷热流道入口温度升高20℃左右，压缩机入口温度变化均不超过1℃，说明该种结构换热器的换热能力足够支撑能量转换循环的一般工况波动。