核反应堆热工分析技术.ppt

核反应堆热工分析技术
核反应堆工程概论
一、反应堆热工分析的任务
反应堆热工分析是研究在反应堆及其回路系统中冷却剂的流动特性、热量传输特性、燃料元件的传热特性的一门工程性很强的学科。其研究内容涉及反应堆的各种工况,以满足动力堆安全、经济和实用。
反应堆的堆型不同,它们的结构形式、冷却剂特性、运行参数和安全要求等方面也有很大差异。我们选择压水堆作为主要讨论对象。
二、反应堆热工分析的内容
1、堆芯材料和热物性
2、反应堆的热源
3、稳态热工分析
4、瞬态热工分析
1、堆芯材料和热物性
、核燃料
、包壳材料
、冷却剂
、慢化剂
、核燃料(1)
核燃料:
裂变燃料:铀-235(自然界存在的唯一一种核燃料)
铀-233
钚-239
转换燃料:钍-232
铀-238
核燃料的形态:
固态:实际应用的核燃料
液态:未达到工业应用的程度
、核燃料(2)
对固体核燃料的要求:
具有良好的辐照稳定性,保证燃料元件在经受深度燃耗后,尺寸和形状的变化能保持在允许的范围之内
具有良好的热物性(熔点高,热导率大,热膨胀系数小),使反应堆能达到高的功率密度
在高温下与包壳材料的相容性好
与冷却剂接触不产生强烈的化学腐蚀
工艺性能好,制造成本低,便于后处理
、核燃料(3)
固体核燃料:
金属铀与铀合金
特点:密度高、热导率大、工艺性能好;辐照稳定性差,有“肿胀”现象;不能在现在动力堆中使用。
陶瓷燃料:氧化物、碳化物、氮化物
氧化物的使用研究最多,轻水、重水、改进型气冷、快堆等均使用烧结的氧化物圆柱小块。高温气冷堆使用氧化物或碳化物作成的包覆颗粒在石墨基体中的弥散体。
、核燃料(4)
固体核燃料:
陶瓷燃料:氧化物、碳化物、氮化物
氧化铀:特点(5点内容)(自修)
热物性(熔点、密度、热导率、比热)(自修)
钚、铀混合物:UO2+PuO2 UC+PuC UN+PuN
弥散体燃料
陶瓷型燃料颗粒均匀分布在非裂变材料的基体中。
基体材料:铝、不锈钢、锆合金、石墨等
缺点:基体材料所占百分比大,必须使用浓缩铀(加浓铀)
、包壳材料(1)
对包壳材料的要求:
具有良好的核性能,也就是中子吸收截面要小,感生放射性要弱。
具有良好的导热性能。
与核燃料的相容性要好,也就是说在燃料元件的工作状态下,包壳与燃料的界面处不会发生使燃料元件性能变坏的物理作用和化学反应。
具有良好的机械性能,即能够提供合适的机械强度和韧性,使得在燃耗较深的条件下,仍能保持燃料元件的机械完整性。
应有良好的抗腐蚀能力。
具有良好的辐照稳定性。
容易加工成形,成本低廉,便于后处理。
、包壳材料(2)
包壳材料:
锆合金:特点、物性(自修)
不锈钢和镍基合金
水堆中应用最普遍的是锆-2和锆-4合金
快堆中主要考虑高温性能和抗辐照损伤性能,目前多采用奥氏体不锈钢,有时也使用镍基合金。