基于三维物理热工耦合的CANDU-SCWR堆芯设计计算

摘要

CANDU超临界水冷堆（CANDU-SCWR）是用重水作慢化剂，用超临界水冷却的一种压力管式超临界堆型。其优势在于具有超临界水冷堆热效率高和堆芯结构简化的特点，还继承了传统CANDU堆的优点。本文从燃料通道设计出发，以43 棒束的燃料通道为基础着重研究了燃料通道的k-eff，冷却剂空泡系数（CVR）随重水厚度、燃耗深度和富集度的变化规律，并以此最终确定了燃料通道的几何结构以及材料布置。本文搭建了CANDU-SCWR的堆芯设计计算平台，实现了三维的物理扩散计算和单通道热工程序的耦合，并可以实现堆芯平衡循环搜索。在此基础上，本文提出了一套可行的CANDU-SCWR堆芯设计方案：堆芯热功率2540MW，热效率48%，进出口温度为350℃/625℃，冷却剂流量1320kg/s。堆芯有300个燃料通道，通道中心距为22cm，每个通道有12个燃料棒束，堆芯等效直径4.30m，有效长度5.94m。采用3批料换料模式，换料周期12个月，新料富集度4.6%。其他堆芯结果为：平均卸料燃耗为40GWd/tU，最大线功率密度为52.8W/cm，最大包壳温度847℃，整堆CVR在整个寿期内保持为负。