熔盐堆系统瞬态分析程序开发

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1、博士学位论文熔盐堆系统瞬态分析程序开发作者姓名：阮见指导教师：徐洪杰研究员学位类别：工学博士学科专业：核能科学与工程培养单位：中国科学院上海应用物理研究所2018年6月DevelopmentofatransientanalysisprogramforMoltenSaltReactorAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeof

2、DoctorofScienceinEngineeringinNuclearEnergyScienceandEngineeringByRuanJianSupervisor:ProfessorXuHongjieShanghaiInstituteofAppliedPhysics,ChineseAcademyofSciencesJune2018中国科学院大学研究生学位论文原创性声明工作本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其所取得

3、的成果。尽我所知，除文中他个人或集体已经发表或撰写过的研宄成果。对论文所涉及的研宄工作做出贡献己在文中以明确方式标明或致谢。的其他个人和集体，均作者签名：７＾／１＞曰期：如以平叫４学位论文版权使用授权书本人完全了解中国科学院大学有关保留、使用学位论文的规定：，即学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版

4、章（）程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊光盘版》“电子杂志社，编入ＣＮＫＩ学位论文全文数据库并充实到学位论文学术不端行为检测系统’’比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日摘要摘要熔盐堆（MoltenSaltReactor,MSR）是第四代核能系统国际论坛上提出的六种先进堆型之一，具有良好的经济性、固有安全性及防核扩散特性。随着熔盐堆的发展，目前已形成两大研究方向，一种是以液态燃料盐和冷却

5、盐为一体的液态燃料熔盐堆，另一种是采用固态燃料与液态熔盐冷却剂的固态燃料熔盐堆，又称氟盐冷却高温堆。两种堆型具有一些共同的技术特点，如固有安全性高，工作环境高温（~700°C）低压（<1MPa），熔盐冷却剂沸点高，反应性温度系数为负，经济性好等。液态燃料熔盐堆可利用钍铀循环实现燃料增殖，增大钍资源利用率，发展干法后处理技术可显著减少燃料后处理成本。氟盐冷却高温堆采用弥散TRISO颗粒构成的燃料组件，失效温度高（约为1400°C）。此外，熔盐堆还可应用在线换料、无水冷却等技术。在小型化、模块化的思想引

6、领下，发展小型模块化熔盐堆，除了满足一定的用电需求外，还能与其他新能源耦合工作如作为热源供给参与高温制氢、高温制甲醇等，提高了反应堆的灵活性。熔盐堆的瞬态分析是反应堆安全运行的重要方面。熔盐堆的研究集中在上世纪60年代橡树岭国家实验室（ORNL），很多设计研究工具并没有像轻水堆研究工具一样得到充分的发展与大量的实验研究。近年来，随着材料工艺和制造业的发展，以及核能发展的多样化需求，国内外科研院所大量投入研究熔盐堆技术，熔盐堆的瞬态分析和系统仿真工作在此基础上得到了一定的支持和发展。反应堆的系统分析工

7、作复杂，往往通过实验获得其工作特性和运行策略，但是需要投入大量资金和人力。随着计算机技术和仿真技术的发展，大型系统的运行分析工作往往通过系统分析程序进行。这样可以提高系统分析工作效率，减小分析成本，缩短工作周期。本文首先结合熔盐堆的运行特点，调研相关设备的等效计算方法；其次，建立系统分析的数学物理模型，开发一套针对熔盐堆的系统分析程序TREND（TransientSystematicAnalysisCodeforMSR），并对熔盐堆进行初步的系统瞬态分析工作。本文从基本守恒定律出发，基于交错网格技术

8、，采用有限体积的半隐式差分方法联立求解质量、动量与能量守恒方程，采用高斯赛德尔算法（G-S）I熔盐堆系统瞬态分析程序开发求解管网的压力矩阵，更新流体的速度场、压力分布等信息；采用有限体积法对不同的几何热构件进行数值离散，考虑了非均匀的结构材料的排布与非均匀的内热源分布，以及三种边界条件；采用点堆或者读取功率表格的方式实现功率加载，使用龙格库塔法求解点堆中子动力学的刚性方程。热工水力现象较中子动力学更为宏观，时间尺度可以设置的更加宽松。流体动力学模型与热构件模型相互耦合