[科普中国]-反应堆仿真器

概述

反应堆堆芯是核电站热能释放的心脏，而电站反应堆热工水力设计的总目标是提供与堆芯热源分布相一致的传热，堆芯模拟和模拟堆芯设计成为反应堆水力模拟实验研究的关键技术。在按一定比例缩小的反应堆模型上进行的反应堆水力模拟实验研究是反应堆结构定型的重大项目，只有当模拟堆芯内流体流动正确模拟了原型时，反应堆水力模拟实验所获得的大量数据才能应用于原型设计。

现代压水堆广泛采用开式栅格堆芯，燃料组件为开式结构，取消了盒壁，而由控制棒导向管、定位格架及上下管座构成组件支撑骨架。反应堆堆芯内的流体流动为复杂的三维流动，冷却剂不仅在同一燃料组件内各子通道之间，同样在各相邻燃料纽件之间发生流动交混，改善了堆芯内的流量分配和传热，有利于堆芯功率水平的提高。其堆芯水力模拟因为必须考虑三维流动，不仅要模拟轴向流动，还要模拟复杂的横流效应而使难度大为增加。

压水堆水力模拟实验研究通常采用燃料组件一一对应的堆芯模拟方式，水力模拟堆芯内燃料组件的个数、排列方式与原型相同，使堆芯流量分配实验数据有一一对应关系。1

模拟理论和方法Yankec电站水力模型在元件盒壁8个标高上开孔，每个标高处开两个1/8英寸孔，模拟原型的侧向流通面积与轴向流通面积之比。

在六个几何结构试验件进行的试验基础上，采用集总阻力方法，假设一个棒束阻力可以处理成各子通道阻力之和，提出了模拟燃料组件和原型横流相似准则：

San-Onofre电站水力模型模拟燃料组件采用中空方形盒，用装在流道中的一系列金属网和孔板模拟纵向流动阻力，组件入口安装一个测量组件流量的附加孔板。横流阻力用盒壁上开的一系列孔来模拟，开孔面积按照模拟燃料组件和原型在各自轴向流速下横流压降相等的原则确定。

模型和原型尺寸比例为，堆芯组件总数为157。在试验研究基础上，模型设计采用以下横流阻力关系式：

秦山一期300MWe反应堆模型保证模拟堆芯燃料组件出口结构和原型相似，用外方内圆的管子代替原型方形排列的棒束，流道内装一系列孔板模拟轴向阻力，没有模拟堆芯内的横向流动。试验结果的处理，将总阻力系数降低3%，以此来考虑横流对轴向压降的影响。

以上模拟方法分别处理了轴向压降和横向流动，没有考虑轴向压降和横流之间强烈的相互影响关系；同时，没有将横流的重要影响引入到建立堆芯模拟准则中，没有建立完整的堆芯模拟准则和系统的模拟堆芯设计方法。1