燃料棒相变导热模型开发与污垢传热恶化应用

摘要：

污垢材料在堆芯中迁移和沉积,在包壳表面附着有可能引起传热恶化甚至出现燃料棒局部熔化现象.国内自主开发的压水堆燃料棒分析程序BIRCH暂未考虑潜热,保守假定芯块温度超过熔点3 K完全熔化,导致计算得到的芯块熔化份额非常接近放射物质释放超标验收准则,且存在陡边效应.为解决程序计算过于保守问题,本文采用固定网格等效热容法开发了燃料棒熔化相变导热模型.相比于焓方法,等效热容法仅需对热容进行特殊处理,对整体程序代码改动较小.但传统等效热容法在跨越相变区时易出现数值不稳定性问题,导致计算结果出错.本文首先对等效热容法数值不稳定性产生的原因进行分析,同时基于能量守恒原则建立预测-修正相变求解算法,改进现有等效热容法,并采用不同边界条件解析解、Stefan精确解和焓方法数值解对改进等效热容法进行验证.计算分析结果表明预测-修正相变算法可提升传统等效热容法计算稳定性,且与Stefan精确解数值误差在5％以内,将其应用到污垢传热恶化事故中可提升现有计算结果安全分析裕量.

关键词：熔化相变算法、改进等效热容法、BIRCH、陡边效应

所属期刊栏目：43

分类号：TL48(各种核反应堆、核电厂)

资助基金：国家重点研发计划2019YFB1900702

在线出版日期：2023-07-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：270-277