中国氦冷固态实验包层模块冷却系统换热器管道破裂事故初步分析

利用RELAP 对中国氦冷固态实验包层模块(CN HCCB TBS)冷却系统的换热器管道破裂事故进行了详细的分析,与ITER 元件水冷却系统(CCSW-1)进行了比较,对两个系统进行了合理的简化,给出了相应的RELAP 节点图,并分析了不同破口事故工况对中国氦冷固态实验包层模块冷却系统和ITER CCWS-1 的影响。分析结果表明,事故发生后破口附近会形成类似水锤事件,进入CCWS-1 系统的氦气很可能会聚集在CCWS-1 系统的高点,需在系统高点设计合理的排气路径。另外,为了限制进入CCWS-1 系统的氦气量,建议在换热器水侧进出口处增加隔离阀门,隔离阀必须保证可靠性以及较短的响应时间。     

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介绍了拟建的高温高压氦气实验回路的主要目标、特征以及回路中各设备的性能、参数,应用RELAP5程序完成了回路的热工设计分析,CAESAR程序优化了管路和设备的布置及应力分析,结果表明设计具备工程可行性。     

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利用通用有限元程序ANSYS对中国氦冷固态氚增殖剂实验包层模块(CH HCSB TBM)第一壁进行了稳态热分析。结果表明,第一壁铍保护板和RAFM钢的最高温度符合热工安全设计要求。对第一壁表面热流密度随时间变化的瞬态情况进行了分析,给出了随时间变化的结果。对第一壁两种典型的事故情形开展了初步分析,并对分析结果和事故影响进行了相应讨论。     

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基于中国氦冷固态增殖剂试验包层模块(CN HCCB TBM)的最新设计方案和ITER提供的中子学基准模型C-lite,采用国际通用的Monte Carlo粒子输运程序MCNP和欧洲活化程序FISPACT-2007对HCCB TBM及其辅助系统(统称为HCCB TBS)进行了详细的活化计算分析,得到并讨论了各结构部件的放射性、余热和接触剂量率结果.结果表明,停堆时HCCB TBM模块的总放射性和总余热分别为2.348×1016 Bq和5.826 kW.活化计算结果可以为TBS的安全分析、维护和放射性废物处置等提供数据基础和分析依据.     

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本文基于中国固态实验包层模块(CN HCCB-TBM)优化设计,应用ANSYS软件参数化语言编程方法,对中国固态TBM在ITER等离子体两种主破裂事故下的电磁载荷进行了评估与分析,并利用分析结果进行了电磁-结构和电磁-热的耦合计算。研究结果表明中国固态TBM的更新结构设计在等离子体瞬态变化中符合安全设计要求。     

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利用单轴热扩散焊设备对中国固态包层模块结构材料CLF-1钢进行了初步的实验研究。实验结果表明,在焊缝界面结合率达到一定程度时,焊件接头的拉伸强度与塑性性能可以达到母材的水平;但焊件接头的冲击韧性则很敏感,其中最好的实验测试值只达到了母材相应值的48%,这与焊缝界面上残留污染物所导致的接头空隙缺陷有关。     

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为进一步优化实验包层模块的热工水力性能,分别研究了实验包层模块的两种不同冷却方案在正常和极端两种不同工况下的温度分布。用流体数值分析软件FLUENT模拟了实验包层模块关键部件的实际温度分布状况。     

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用通用计算流体力学程序FLUENT计算了中国氦冷固体增殖实验包层模块(TBM)冷却剂丧失事故中的冷却剂排放瞬态过程。并为中国氦冷固体增殖实验包层模块冷却剂丧失事故(LOCA)分析开发了一维喷放和余热排除计算模型。典型LOCA事故的分析结果显示,TBM诱发事故或ITER其它部件诱发TBM事故对整个ITER系统安全造成的总风险不严重。     

中国氦冷固态实验包层氦气实验回路设计分析

介绍了拟建的高温高压氦气实验回路的主要目标、特征以及回路中各设备的性能、参数,应用RELAP5程序完成了回路的热工设计分析,CAESAR程序优化了管路和设备的布置及应力分析,结果表明设计具备工程可行性。     

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为部分验证中国固态增殖剂TBM 模块中原尺寸模块结构设计的合理性和研制工艺的可行性,针对性地开展了TBM 小模块(仅高度为1/3)研制工作。在前期设计工作基础上,开展TBM 小模块结构详细优化设计与分析,提出模块加工、连接及集成装配等工艺方案,为TBM 小模块的工程化试制奠定坚实基础。     

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基于CN HCCB TBS的最新设计,用RELAP 5软件对失流事故(LOFA)和真空室内失冷事故(In-vessel LOCA)这两种假设基本事故进行了分析。结果表明,CN HCCB TBS在这两种事故工况下的安全性是有保证的,并且热工水力学瞬态分析能给出有关发生事故时 TBM 安全性相关性能的信息,从而提出了所需要的各种安全保护系统及其动作的时间。     

CN HCCB TBS 的LOFA 与真空室内LOCA 初步分析

基于CN HCCB TBS 的最新设计,用RELAP 5 软件对失流事故(LOFA)和真空室内失冷事故(In-vessel LOCA)这两种假设基本事故进行了分析。结果表明,CN HCCB TBS 在这两种事故工况下的安全性是有保证的,并且热工水力学瞬态分析能给出有关发生事故时TBM 安全性相关性能的信息,从而提出了所需要的各种安全保护系统及其动作的时间。     

脉冲条件下ITER HCCB TBS动态氚输运分析

在ITER脉冲运行条件下对中国氦冷固态增殖剂实验包层系统(HCCB TBS)动态氚输运进行了分析,利用Modelica语言开发了一套动态氚分析程序.对比了在脉冲运行工况及连续运行工况下TBS流体中的氚浓度和分压的动态变化、固体材料中氚盘存量的动态变化以及氚渗透通量的动态变化.脉冲运行下TBS系统氚变化趋势与物理分析结果...     

中国氦冷固态TBM对ITER环向场线圈能量沉积的影响

基于国际热核实验堆(ITER)的Alite 模型和中国氦冷固态陶瓷试验包层模块 (CN HCCB TBM),对装载了CN HCCB TBM后ITER装置的环向场线圈(TFC)的能量沉积的分布和CN HCCB TBM对能量沉积的影响进行了计算分析。结果表明,放入CN HCCB TBM 会使TFC能量沉积减小了3%左右,不会使TFC能量沉积情况恶化;TFC能量沉积主要位于内侧的14个扇区,TFC包壳和超导材料的功率密度的最大值低于限值,满足要求。     

采用铜铝复合管的翅片管换热器性能试验研究

针对铜铝复合管(ACC管)在空调用翅片管换热器中替代铜管应用进行了试验研究。分别对Ф7.94mm型管的全铜管、过冷段铜铝复合管、全铜铝复合管三种换热器进行了性能比较和成本分析。研究结果表明,在风速和风量不变的情况下,过冷段铜铝复合管换热器能力为8634.22W,高于全铜铝复合管的换热器的8389.36W,低于全铜管换热器的8989.07W。制冷剂侧能力测试中,过冷段铜铝复合管换热器平均值为8.885kW,与全铜铝复合管换热器平均值8.775kW相比高1.24%,与全铜管换热器平均值9.101kW相比低2.37%,与能力测试结果基本一致。与原换热器铜管相比,在相同条件下,铜铝复合管可以降低管材成本29.5%。综上所述,过冷段采用铜铝复合管的换热器能够取代铜管换热器应用在空调中,在不影响其换热性能的基础上,降低成本效果明显。     

埋管换热器热阻分析

地源热泵系统中的竖直埋管换热器是地源热泵系统的一个关键部分,从U管内至岩土间的传热热阻影响热泵系统的性能.文中介绍在静态负荷下,利用垂直U型埋管换热器换热的一维模型和二维模型,从传热热阻的角度进行了埋管管径、钻孔直径与管内对流热阻、钻孔热阻间的分析,结果显示,对钻孔热阻与管径的优化选择可降低热阻,同时对提高埋管换热器的...     

利用高翅管换热器提高压力恢复系统效率

为提高压力恢复系统效率,设计并制造了一台高翅管换热器。采用滚扎而成的整体式螺旋高翅片管,代替套片式圆形普通翅片管,翅片管材料为紫铜,管束按等腰三角形叉排布置,管内强制水冷。测试了高翅管换热器的阻力特性,对比分析了加入换热器前后压力恢复系统性能的变化。结果表明：随着背压的提高,该换热器流阻逐渐降低,当背压达到9.366 kPa时,换热器流阻为0.133 kPa,仅占换热器入口激光尾气压力的1.4%;与不加换热器相比,加入高翅管换热器后的引射器混合室入口压力降低了12.95%,压力恢复系统的效率得到了提高。     

利用高翅管换热器提高压力恢复系统效率

为提高压力恢复系统效率,设计并制造了一台高翅管换热器。采用滚扎而成的整体式螺旋高翅片管,代替套片式圆形普通翅片管,翅片管材料为紫铜,管束按等腰三角形叉排布置,管内强制水冷。测试了高翅管换热器的阻力特性,对比分析了加入换热器前后压力恢复系统性能的变化。结果表明:随着背压的提高,该换热器流阻逐渐降低,当背压达到9.366kPa时,换热器流阻为0.133kPa,仅占换热器入口激光尾气压力的1.4%;与不加换热器相比,加入高翅管换热器后的引射器混合室入口压力降低了12.95%,压力恢复系统的效率得到了提高。     

地埋管换热特性实验研究

使用恒温循环媒介,利用热平衡原理,建立了单U型管模拟实验装置,对埋管与岩土间的热传递进行了实验。实验表明,在距埋管较近的范围内,岩土层有较快的温度相应速率,而在较远的范围内,岩土层的温度相应速率较慢。通过埋管换热器传热性能实验,利用线热源模型得到了实验岩土的热导率。