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    鈉冷快堆乏燃料組件廠內轉運散熱試驗研究

    吳增輝  
    【摘要】:鈉冷快堆乏燃料組件在反應堆容器內的儲存阱中冷卻貯存2~3個換料周期后,需從堆容器內取出。從鈉池中取出后,乏燃料組件將在氬氣惰化的反應堆廠房內轉運。乏燃料組件轉運機由轉運機構和導向管組成,為卸料過程中最復雜的機械結構。轉運機的卡停故障會導致乏燃料組件長期暴露于氬氣環境,衰變熱會導致乏燃料組件過熱。為了防止包殼破損而導致放射性泄漏,必須保證燃料棒的包殼最高溫度不超過設計限值。本論文研究了乏燃料組件在氬氣轉運環境中的散熱現象,對轉運工況位置進行分析篩選出典型工況,開展轉運機故障包絡性工況下的穩態試驗,即開展無導向管和帶導向管兩種結構下的穩態試驗。為模擬鈉池上方乏燃料組件卡停工況,開展無導向管全尺寸模擬組件換熱試驗。試驗本體為169-棒全尺寸模擬組件,由組件盒、1根中心棒、156根加熱棒和12根測溫棒組成,中心棒兼具加熱測溫功能,加熱棒加熱功率通過4臺多通道低壓可調直流電源供給調節,測溫棒不加熱。試驗本體被豎直放置于密封的壓力容器內,壓力容器壁溫可通過外部加熱調節控制,通過向壓力容器內注入氬氣模擬反應堆廠房內工況。結果表明:環境溫度波動范圍在±20℃時,對模擬組件內部,特別是中心棒內的溫度分布的影響可以忽略。通過對模擬組件內部進行換熱機理分析可知,Manteufel換熱模型在發射率屬于0.3~0.35時較為準確。通過對模擬組件外部進行機理分析可知,對流換熱系數隨著加熱功率的增加而增加,但是,對流換熱份額隨著加熱功率的增加而減小,且輻射換熱始終占據主導地位。由此可知,提高材料發射率是降低模擬組件內熱阻和最高溫度最為有效的方式。為模擬轉運室內乏燃料組件卡停工況,首先,開展帶不同規格導向管縮放尺寸模擬組件換熱試驗,即:不規則導向管和規則導向管??s放尺寸模擬組件為37-棒模擬組件,由組件盒、30根加熱棒和7根測溫棒組成,測溫棒不加熱。試驗過程和模擬鈉池上方工況的換熱試驗過程一致。其試驗結果表明:不規則導向管結構下,模擬組件內溫度場仍為對稱分布,且與管狀導向管結構下的模擬組件內溫度分布相同,可使用管狀導向管代替不規則導向管進行試驗。而后,開展帶導向管全尺寸模擬組件換熱實驗,試驗過程中,使用管狀導向管代替不規則導向管。結果表明:環境溫度波動范圍在±20℃時,對模擬組件內部,特別是中心棒內的溫度分布的影響可以忽略。Manteufel換熱模型在發射率屬于0.3~0.35時仍然可信,提高材料發射率仍然是降低模擬組件內熱阻和最高溫度最為有效的方式。


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