电堆内离室流道热工水力优化计算

电堆内离室流道热工水力优化计算

刘光耀

中国原子能科学研究院 北京 102413

1计算简介

为测量反应堆内中子通量率，在适当位置放置了堆内电离室。为保障堆内电离室运行工作温度，需要对其设置专用冷却流道。冷却流道的流量是通过节流件控制的，通过开展电离室流动三维热流体数值计算分析确定流道设计，以满足设计要求。

2整体计算区域选取

流体域的选取包含着冷却通道和电离室管路内所有结构，考虑整个电离室通道的流动和换热区域，其中包括：内通道（电离室表面与电离室设备套筒之间的间隙流域）、中通道（中间套筒内流域）和外通道（中间套筒与电离室通道外层筒之间的间隙流域），如图2所示。为了更加精确模拟出传热，本项目计算域包含固体域：外套筒、中间套筒、热电偶和电离室设备套筒。

图2 电离室内部通道划分

3模型设计参数敏感性测试

3.1原模型计算

电离室通道除了入口弯管外，呈1/4对称分布。由于计算域狭长因此网格量要求较大，入口弯管对流动换热影响不大，为了提高计算速度，本项目将入口弯管省略，采用1/4模型进行计算域提取。原始模型的电离室表面和电离室设备套筒的温度均超过400℃。因此需改善钠液循环路线，降低电离室壁面和外套筒温度。

3.2参数敏感性测试方案制定及计算

3.1.1改变上孔位置

表3.1 计算方案设定

表3.2 计算结果对比

从温度场计算结果可以看出，两个方案没有改变钠液循环路线，电离室壁面和外套筒温度外通道的高温钠液从上端开孔进入中通道，增加了中通道钠液温度，电离室表面和电离室设备套筒的温度均超过400℃。根据计算结果统计，两个方案不太没有改成电离室设备的温度分布，反而导致了电离室外套筒温度大幅上升，因此改变上孔位置方案不可行。

3.1.2改变电离室径向距离及上下孔

在进行参数敏感性测试时，需要设计多个方案，在后续测试时为了提升计算速度，在1/4模型基础上省略热电偶，建立1/8对称模型进行分析。

表3.3 计算方案设定

表4.4 计算结果对比

从计算结果可以看出， 3个方案均降低了电离室壁面和外套筒温度，其中方案2效果明显，使电离室壁面和外套筒温度均远小于400℃。推测下孔面积减小可以大幅改善电离室设备温度分布，但是上孔和下孔在实际运行中均有其作用，不能完全去除，因此后续需探索上下孔面积比所带来的结果变化分析。而改变电离室套筒径向距离带来的温降有限，单纯改变距离不能解决电离室设备温度超限问题，但是可以再其他参数优化完成后，做小幅改善处理。

3.1.3改变上下孔面积比

表3.5 不同面积比方案

表3.6 计算结果对比

从计算结果可以看出，3个设计工况电离室外套筒和电离室表面温度分布趋势相同。上孔面积比从58%提升到68%时，电离室壁面和外套筒最高温度变化不大， 上孔占面积85%以上时，上孔配流可占50%以上，此时电离室外套筒和电离室表面温度降低明显，可限制在400°以内。

5 总结

报告对堆内电离室进行了热工水力计算，并对关键参数做了敏感性分析，得出以下结论：

（1）改变上孔位置方案不可行；

（2）改变电离室径向距离可以微调温度，需与其他优化方案搭配；

（3）去除下孔可显著降低温度，但是下孔需部分保留不能完全去除；

（4）降低下孔面积比可以有效降低温度，下端开孔只需保留最下面一排，否则将导致温度超限。