加速器驱动次临界反应堆一回路系统稳态计算分析

曾文杰　王承祥

摘 要：依据建立的加速器驱动次临界反应堆一回路系统稳态特性研究模型，编制用于计算次临界反应堆的稳态计算程序。选取CLEAR-IB为研究对象，计算额定功率下CLEAR-IB一回路系统的温度，并将结果与设计值进行比较，结果相一致验证了程序的可靠性，对CLEAR-IB的动态分析具有重要的意义。

关键词：次临界反应堆 一回路 稳态计算 分析

中圖分类号：TL353 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（c）-0216-02

加速器驱动次临界系统由一个次临界反应堆堆芯、一个高能质子加速器和一个散裂靶组成，可有效嬗变长寿期核废物。系统依靠质子加速器产生的质子束轰击散裂靶产生中子，用以维持次临界反应堆的正常运行。

2011年，中国科学院主持战略先导科技专项“未来先进核能裂变系统—加速器驱动次临界嬗变系统”。由中科院核能安全研究所建立以液态铅铋为冷却剂的10MWth研究堆CLEAR-I，该堆可运行在临界与次临界两种工况下[1]。为研究CLEAR-IB一回路系统的稳态特性，需建立一回路稳态模型开展稳态计算分析，为系统的动态计算提供基础。

1 系统描述

CLEAR-IB包含铅铋合金自然循环回路、水回路和空气冷却回路，一回路采用池式结构，冷却剂出口温度400℃。系统共有四个环路，每个环路包含一个空冷器和一个热交换器。热交换器中二次侧为水，压力2.32MPa，通过空冷器中的空气对二次侧水进行冷却。CLEAR-IB的主要设计参数如表1所示[2]。

2 物理模型

2.1 一回路系统简化

将一回路划分成次临界堆芯、堆芯出口通道、上腔室、热交换器、堆芯入口通道、下腔室，如图1所示。

2.2 一回路系统稳态模型

（1）堆芯稳态模型

稳态工况下，堆芯的传热模型可以表示为：

（1）

（2）

公式（1）和（2）中：冷却剂平均温度用堆芯进口温度和出口温度的算术平均值来表示，即：

（3）

（2）上、下腔室稳态模型

稳态工况下，上、下腔室的稳态平均温度表达式：

（4）

（5）

（3）换热器稳态模型

稳态工况下，换热器的模型为，

（7）

（8）

（9）

3 一回路稳态计算结果及分析

3.1 堆芯稳态计算分析

当反应堆额定功率运行时，一回路总循环流量取875.9kg·s-1，通过堆芯稳态换热模型，计算得到了额定功率时燃料包壳平均温度、堆芯出口温度及堆芯平均温度的值，如表2所示。

表中稳态计算值与工程设计值之间误差较大的为燃料包壳平均温度值和堆芯出口温度，偏差分别达到了1.89℃和1.24℃。但考虑到工程设计中温度的允许误差一般在±3℃的范围内，上述计算误差是允许的，所以认为堆芯的稳态计算结果合理。

3.2 换热器温度稳态计算分析

额定工况下，换热器二次侧质量流量恒定，换热器一次侧进口温度为385.0℃，二次侧出口温度设为240℃，同时要求一次侧出口温度保持在310℃左右，稳态误差不超过±3℃；二回路平均温度维持230℃左右，稳态误差不超过±3℃。稳态计算结果如表3所示，额定工况下利用换热器稳态模型得到的换热器两侧稳态参数的误差在允许的范围内，计算结果合理。

4 结语

该文建立了次临界反应堆一回路系统稳态模型，编写了稳态计算程序，通过稳态计算对系统的稳态特性进行了初步分析并得到了在工程计算误差允许范围内的稳态温度参数，可以为后续动态分析提供稳态计算值。

参考文献

[1] 孙长义，赵福宇.中国次临界实验堆系统控制特性仿真研究[OL].中国科技论文在线.[2012-08-21]：http：//www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201208-139.

[2] 卢冬华，肖泽军，陈炳德.压水堆自然循环比例模化基本方程及相似准则数的研究[J].核动力工程，2009，30（3）：1-2.

[3] 杨祖毛，王飞，王文康，等.闭合回路单相自然循环稳态特性研究[J].核动力工程，1999，20（3）：1-2.