《球床式高溫氣冷堆進氣事故機理研究及關鍵特性分析》是依託清華大學，由鄭艷華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：球床式高溫氣冷堆進氣事故機理研究及關鍵特性分析
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：鄭艷華
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高溫氣冷堆進氣事故可導致石墨腐蝕、堆體結構強度減弱、燃料元件完整性破壞，從而影響反應堆的安全，是高溫氣冷堆研究中重點關注的超設計基準事故。項目以球床式高溫氣冷堆熱氣導管發生雙端斷裂、堆內外壓力平衡後，艙室內空氣-氦氣混合物在密度梯度驅動分層流和分子擴散的作用下進入堆芯的過程為研究對象。一定量的空氣進入堆芯後，由於堆內外存在較大的溫度差，將會建立起穩定的自然對流，從而開始持續、大量的進空氣，並造成較嚴重後果。通過對分層流現象和擴散現象進行理論研究，明確其物理機制和主要影響因素；研究不同結構和物理條件下兩種現象對氣體流動的支配作用；利用流體力學計算工具對反應堆進行整體建模分析，確定建立穩定自然對流的時間，評價反應堆內不同結構的進氣時間尺度；通過敏感性分析，掌握球床式高溫氣冷堆進氣事故的特性及關鍵影響參數，研究並驗證能有效抑制空氣進入堆芯的緩解措施，從而為論證高溫氣冷堆的安全特性提供可靠依據。
結題摘要
本課題以高溫氣冷堆（HTGR）重點關注的進氣事故為研究對象，基於球床模組式高溫氣冷堆核電站示範工程（HTR-PM）的設計，對進氣事故中的相關物理現象開展機理研究，力圖全面闡述和掌握進氣事故中的關鍵特性。 課題主要研究內容包括： （1）分層流和分子擴散機理研究 對密度梯度驅動的分層流現象和分子擴散現象進行了理論研究，分析了自然循環建立過程中各個階段的對流時間尺度和擴散時間尺度，研究了不同情況下起主導作用的因素。 （2）高溫氣冷堆進氣過程的機理研究和特性分析 首先對國外已開展的實驗研究和理論分析結果進行了數值模擬，驗證了分析工具、分析方法、計算模型的可靠性；隨後根據HTR-PM的設計參數，建立了計算模型評價其自然循環建立的時間以及形成的自然循環流量；最後對影響自然循環建立時間的關鍵因素進行了分析。 （3）緩解措施研究 根據研究得到的事故發展特點和關鍵影響因素，研究了能有效抑制空氣進入堆芯的事故緩解措施，並利用所建立的模型對其進行了驗證分析。 重要結果及科學意義： 研究得到：（1）在水平分層流階段，以及混合氣體在堆芯的上升階段，對流均起絕對主導作用；（2）堆芯高度、熱氣導管尺寸、堆內外溫度分布及氣體組分分布，均對自然循環的建立過程有影響。特別是艙室空氣含量對自然循環建立時間的影響尤為顯著；（3）從合適的位置向堆內注入不和石墨發生化學反應的氣體（如氮氣），可以有效緩解事故後果。 通過上述研究，不但掌握了球床式高溫氣冷堆進氣事故中自然循環建立時間的關鍵影響因素，也解釋了此前國內外不同研究機構對自然循環建立時間開展研究所得到的結果差異較大的原因。 課題研究也為進一步掌握高溫氣冷堆技術、開展相關的事故管理研究提供了有力支持。
