双模式热管堆非核原理样机热力特性数值分析

TL334; 小型热管反应堆电源技术具有续航久、结构紧凑、环境适应性强、固有安全性高等优势,可以适配于多种领域.本文以双模式热管堆非核原理样机NUSTER2.0 为对象,在COMSOL中建立高温热管、温差发电装置及斯特林装置理论模型并耦合形成系统模型,对样机运行特性及力学特性进行数值仿真研究.15 kW加热功率稳态工况下,仿真结果与实验结果的热管温度分布及动、静态模块主要运行参数均吻合良好,最大相对误差为6.73%,初步验证了模型可靠性.变功率仿真结果确定了斯特林撞杆阈值为16.5 kW,并预估静态模块在 25 kW 附近达到效率峰值.系统启动瞬态仿真得到了"3-5-10-15 kW...

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Published in原子能科学技术 Vol. 57; no. 8; pp. 1525 - 1533
Main Authors 张凌义, 李潘潇, 张胤, 王成龙, 田文喜, 苏光辉, 秋穗正
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 西安交通大学 核科学与技术学院,陕西 西安 710049 20.08.2023
Subjects
heat pipe reactor
热管堆
数值模拟
双模式
系统耦合模型
dual-mode
system coupling model
numerical simulation
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ISSN1000-6931
DOI10.7538/yzk.2022.youxian.0841

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Summary:TL334; 小型热管反应堆电源技术具有续航久、结构紧凑、环境适应性强、固有安全性高等优势,可以适配于多种领域.本文以双模式热管堆非核原理样机NUSTER2.0 为对象,在COMSOL中建立高温热管、温差发电装置及斯特林装置理论模型并耦合形成系统模型,对样机运行特性及力学特性进行数值仿真研究.15 kW加热功率稳态工况下,仿真结果与实验结果的热管温度分布及动、静态模块主要运行参数均吻合良好,最大相对误差为6.73%,初步验证了模型可靠性.变功率仿真结果确定了斯特林撞杆阈值为16.5 kW,并预估静态模块在 25 kW 附近达到效率峰值.系统启动瞬态仿真得到了"3-5-10-15 kW"阶梯式功率平台下的样机启动特性,并提出了样机启动策略.系统热力耦合稳态工况确定了样机应力危险区,并求得 15 kW工况中堆芯热膨胀率为1.21%,热管-堆芯基体和热管-集热基体耦合处的最大应力分别为 160 MPa和97 MPa.本文为NUSTER2.0样机的特性研究和实验设计提供了数值分析基础.
ISSN:1000-6931
DOI:10.7538/yzk.2022.youxian.0841