严重事故中下封头熔池传热计算模型研究

摘要

熔融物堆内滞留-压力容器外部冷却(IVR-ERVC)是一种重要的核电厂严重事故缓解措施。当前针对IVR有效性评价的方法主要是基于集总参数模型对下封头熔池传热进行分析。当下封头熔池达到最终稳定热力状态时,压力容器下封头壁面的热负荷会达到最大值。因此对于下封头稳态熔池热力特性的研究是评价反应堆压力容器热负荷失效的重点。
　　本文主要研究严重事故中压力容器下封头稳态熔池自然对流传热对IVR-ERVC措施有效性的影响,旨在为大功率非能动先进压水堆应用和完善该技术措施提供建议和理论支持。首先,利用集总参数分析方法建立稳态熔池计算模型,开发熔池传热计算程序。其次,在选取保守的包络事故瞬态工况后,使用MAAP4程序建模计算,为熔池传热计算程序提供不确定输入参数值。再次,考虑到熔池结构的不确定性,对程序基本熔池结构即UCSB-FIBS两层熔池结构进行修改,建立了四层稳态熔池传热计算模型并进行热力分析和讨论。同时,为寻找除辐射传热外的新途径来带走压力容器内衰变热从而减轻其壁面的热负荷负担,建立了带有金属层上表面水层的两层稳态熔池传热计算模型,并进行计算和热力特性研究。最后,在上述研究的基础上,考虑到在大功率先进压水堆熔池集总参数法计算中,堆芯质量变大、压力容器尺寸增加会导致熔池自然对流换热中的瑞利数Ra￠增大,本文分析并提出了目前适用于高瑞利数条件下熔池计算的自然对流传热关系式,并对大功率先进压水堆在高瑞利数条件下稳态熔池的自然对流传热进行了计算,为堆内构件设计提供建议。
　　研究结果表明:在选定的包络大破口失水事故下,根据对大功率先进堆(1700MW级)的初步设计,IVR-ERVC因金属层热聚集效应有发生热负荷失效的可能,但通过在堆内构件中添加牺牲材料(如不锈钢等)会对金属层的热聚集效应产生缓解作用。此外,增添金属层上表面水层也对减缓金属层的热聚集效应发挥积极的作用。这对评价大功率先进堆在严重事故下的IVR-ERVC有效性具有重要意义。

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缩略语

1.第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的研究意义和主要研究内容

2.第二章 集总参数分析模型研究

2.1 稳态熔池分层模型

2.2 热平衡方程

2.3 熔池传热分层计算

2.4 衰变热模型

2.5 临界热流密度模型

2.6 物性计算

2.7 本章小结

3.第三章 集总参数分析程序介绍

3.1 程序简介

3.2 程序框架

3.3 程序模块结构

3.4 程序数据输入

3.5 程序数据输出

3.6 AP1000的基准题试算

3.7 本章小结

4.第四章 电厂建模及事故序列选取

4.1 电厂建模

4.2 事故序列选取

4.3 选定事故序列的计算结果

4.4 本章小结

5.第五章 四层熔池传热模型的研究

5.1 模型分析

5.2 四层熔池模型的传热计算

5.3 选定事故序列的计算结果讨论

5.4 本章小结

6.第六章 金属层上表面水层传热模型的研究

6.1 模型分析

6.3 选定事故序列的计算结果讨论

6.4 本章小结

7.第七章 大功率先进压水堆熔池自然对流传热的研究

7.1 氧化池自然对流传热模型的研究

7.2 选定事故序列的计算结果讨论

7.3 本章小结

8.第八章 总结与展望

8.1 论文总结

8.2 创新点说明

8.3 研究展望

参 考 文 献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文