事故工况下对熔盐堆的耦合动力学分析

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本文主要介绍了第四代核反应堆中的熔盐堆,主要采用多重物理场方法来分析熔盐反应堆,通过COMSOL Multiphysics来模拟计算结果,从而获得所需物理量的分布。并且就几种瞬态事故工况下对熔盐反应堆的耦合动力学做出了分析和讨论。首先给出了稳态工况下熔盐堆堆芯区域各物理量的变化情况,接着本文主要研究了熔盐流速发生变化时熔盐反应堆堆芯内各物理量的分布。其中,由于燃料流速远小于中子速度,扩散方程中忽略了熔盐流动对中子通量分布的影响。其次,本文研究了发生弹棒和落棒事故时熔盐反应堆堆芯内各物理量的分布情况。先是通过求解点堆动态方程来得到控制棒弹开时中子密度的分布,再通过多重物理场方法来模拟控制棒掉落时堆芯内温度,中子通量等分布。在稳态工况下。由于堆芯内裂变的链式反应产生大量热能,并且裂变过程中产生的缓发中子前驱核随熔盐流动而向堆芯出口流动,因而导致堆芯沿轴向温度不断升高。又由于熔盐的流速远小于中子的速度,这就意味着在中子通量的控制方程中对流项可以忽略。因此,可以得知燃料盐的流动对中子通量的影响较小。由于受熔盐流动的影响缓发中子先驱核向堆芯出口处移动并且在该处达到最大,此外缓发中子先驱核向堆芯出口处运动的程度随着衰变常数的增大而减小。当熔盐流速发生变化。在泵停转时,堆芯出口处的最大温度值比稳态工况时高出很多。中子通量的值减小,分布形式同稳态条件时相似,缓发中子先驱核向堆芯出口移动的程度同稳态时相比减小,流动对缓发中子先驱核的影响随着先驱核的衰变常数的增加而减小;泵启动时,在堆芯出口处的最大温度值比稳态时候低。中子通量的值增加,分布形式同稳态条件时相似,随着先驱核衰变常数的增大,先驱核向堆芯出口的移动程度越来越小。运用点堆动力学模型来研究并得出控制棒弹开时中子数目的变化情况,通过对比中子通量对反应性阶跃和线性引入的响应可以看出,整个通量的响应过程中,在相同的时刻,阶跃引入响应的通量水平要比线性引入响应的通量水平高。此外,再分析控制棒掉落时堆芯内各物理量的分布情况,可以看出堆芯温度同稳态工况相比变化不大。当控制棒落入控制棒区域时,由于中子的吸收横截面迅速增加使得在该区域的中子通量相应地减少,而其他区域的中子通量的值比较大。但是,当控制棒掉落瞬时,缓发中子先驱核的分布变化很小。以上结果可以为进一步研究熔盐堆及其安全性分析提供一些有益的参考。
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