鈉冷快堆液體懸浮式非能動停堆系統關鍵基礎技術研究

《鈉冷快堆液體懸浮式非能動停堆系統關鍵基礎技術研究》是依託西安交通大學，由巫英偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鈉冷快堆液體懸浮式非能動停堆系統關鍵基礎技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：巫英偉
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

非能動停堆技術是提高大型鈉冷快堆安全性的重要技術，是中國鈉冷快堆安全設計的重要研究內容。我國關於液體懸浮式非能動停堆系統的研究還處於起步階段，基礎理論研究有待深入，缺乏相關的實驗數據支持。本項目面向國家大型鈉冷快堆安全技術研發的需求，建立滿足液體懸浮式非能動停堆系統結構複雜、非能動安全組件行程大等特點的速度壓力耦合分析數值計算方法，研製實驗模化技術和測量方法，通過理論分析與實驗研究，獲得結構尺寸、運行參數等對液體懸浮式非能動停堆系統的影響規律和作用機理；在最佳化設計和測試的基礎上，提出可靠、高效的液體懸浮式非能動停堆系統概念設計方案，並對採用該液體懸浮式非能動停堆系統的鈉冷快堆進行綜合、全面的安全分析及相關技術方案評價，增強鈉冷快堆的固有安全性。本項目的實施可為我國液體懸浮式非能動停堆系統設計和相關安全分析提供重要的理論依據和數據支撐，對於我國非能動停堆系統的自主研發具有重要意義。

結題摘要

非能動停堆技術是提高大型鈉冷快堆安全性的重要技術，是中國鈉冷快堆安全設計的重要研究內容。我國關於液體懸浮式非能動停堆系統的研究還處於起步階段，基礎理論研究有待深入，缺乏相關的實驗數據支持。本項目面向國家大型鈉冷快堆安全技術研發的需求，從原理、設計、實驗、計算、安全分析等方面對液體懸浮式非能動停堆系統的關鍵技術進行了基礎性研究。基於流體力學和剛體動力學方程組結合停堆棒元件節點流量守恆與壓降平衡的流網控制方程，在修正的基礎上耦合求解，建立了一套滿足液體懸浮式非能動停堆系統結構複雜、非能動安全組件行程大等特點的速度壓力耦合分析數值計算方法，對非能動停堆棒運動進行了數值模擬和分析。基於衡量停堆棒運動的無量綱數組和相似準則推導了實驗模化技術，可將在水台架上實驗獲得的參數推廣到鈉流體。研製了同步測量棒位、流量、壓力和溫度的測量方法，設計並建造了全尺寸的液體懸浮式非能動停堆系統水實驗台架，驗證了液體懸浮式非能動停堆系統功能可滿足事故下緊急停堆的回響時間要求，其可靠性符合在堆內長期使用的要求。研究了非能動停堆棒在反應堆啟動、穩態運行和無保護失流事故時的動態特性。通過理論分析與實驗研究，獲得結構尺寸、運行參數等對液體懸浮式非能動停堆系統的影響規律和作用機理。在理論和測試的基礎上，提出了幾種更高效的液體懸浮式非能動停堆系統概念設計方案並進行了最佳化設計。基於RELAP5程式並嵌入實驗得到的落棒時間和運行參數的關係式，開發了適用於鈉冷快堆的系統安全分析程式，程式通過了EBR-II實驗堆基準題驗證與實驗數據相符良好。使用該系統程式對BN-800大型池式鈉冷快堆進行了全面的安全分析及相關技術方案評價，結果證明了該型堆發生無保護失流事故時無法在發生鈉沸騰前自動停閉可能引發嚴重事故，而在配備了3套液體懸浮式非能動停堆系統後在發生無保護失流事故時只要能自動投入其中2套即可引入足夠的負反應性並在鈉溫升高到危險限值前實現自動緊急停堆，說明停堆系統具有足夠的冗餘量，可有效增強反應堆的固有安全性。本項目的實施可為我國液體懸浮式非能動停堆系統設計和相關安全分析提供重要的理論依據和數據支撐，對於我國非能動停堆系統的自主研發具有重要意義。本項目執行期間發表SCI國際期刊論文12篇，EI論文3篇，獲得授權國家發明專利7項，軟體著作權3項。獲國家技術發明二等獎1項(4/8),教育部技術發明獎一等獎1項(4/8)。