轻水堆堆芯热工物理耦合特性分析

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文轻水堆堆芯热工物理耦合特性分析硕士研究生：宋霁阳指导教师：王建军副教授学科、专业：核科学与技术论文主审人：高璞珍教授哈尔滨工程大学2017年12月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文轻水堆堆芯热工物理耦合特性分析硕士研究生：宋霁阳指导教师：王建军副教授学位级别：工学硕士学科、专业：核科学与技术所在单位：核科学与技术学院论文提交日期：2017年12月22日论文答辩日期：2018年3月10日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngAnalysi

2、sofCouplingCharacteristicsbetweenThermal-HydraulicsandNeutronicsforLight-WaterReactorCandidate:SongJiyangSupervisor:WangJianjunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:NuclearScienceandTechnologyDateofSubmission:Dec.22,2017DateofOralExamination:Mar.10,2018University:HarbinEngineerin

3、gUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文

4、的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日轻水堆堆芯热工物理耦合特性分析摘要反应堆在运行过程中往往会涉及多种物理现象，包括中子的产生和输运、流体的流动传热、不同材料的化学反应和机械应力的变化等，一般需要用

5、不同的程序来分析不同类型的物理现象。事实上，上述各物理现象常常是相互耦合的，其中中子的输运与流体的流动传热之间的联系最为紧密，物理热工耦合分析也因此一直是堆芯安全设计的一个重要领域。鉴于目前在物理热工耦合分析中基于玻尔兹曼中子输运方程的确定论堆物理程序与三维热工水力分析程序的耦合研究较多，而这种方法存在计算精度受不同结构或几何模型的影响很大的缺点，迫切需要开发高精度计算模型来克服复杂几何堆芯结构以及材料不均匀性等带来的计算难点。连续能量蒙特卡罗程序与三维热工水力程序的耦合模型是解决这种复杂准三维问题的可行方案。以此为背景，本文开发了一个基于蒙特卡罗方法的高精确度准三维物理热工耦合分析系

6、统。其中，利用NJOY程序生成连续能量的点截面数据库，基于PYTHON语言编写脚本程序，将子通道分析程序与三维连续能量中子输运程序MCNP以外耦合的方式进行耦合计算。通过将耦合系统计算结果与已公开发表的SERPENT/RELAP5耦合程序的计算结果进行比较，验证了该方法的可行性。在此基础上，对子通道程序进行了二次开发，开发了一套高精确度的三维耦合系统，实现了利用蒙卡程序与子通道分析程序对燃料棒进行详细三维耦合分析的功能，并利用所开发的程序对简化的沸水堆、压水堆燃料组件以及全尺寸的压水堆组件和堆芯进行了耦合计算。研究结果表明：由于沸水堆内慢化剂密度变化的梯度大，组件内的功率、燃料温度、冷

7、却剂温度、密度等参数分布相对压水堆模型存在较大差异；在一定参数范围内减少总功率或增加冷却剂质量流速，可以使得其他热工参数分布的不均匀性减弱。采用高精度耦合算法得到的计算结果表明，燃料棒内的体积释热率沿半径方向呈现单调上升趋势，该现象对于单根燃料棒内温度场的不均匀分布有展平效果。在压水堆耦合计算中，不同的轴向节点划分方式对计算结果影响不大，而不同富集度燃料的布置对热工参数影响较大。在全堆芯级别上的耦合反馈效应对堆芯的径向的功率分布展平效果十分明显