关于压水堆核电站堆芯物理/热工水力耦合特性分析

孙暖

中图分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2019）8-191-01

摘 要 对于反应堆堆芯而言，其在具体的实践中，会涉及很多方面的因素，比如热工水力、反应堆物理等内容。基于这些情况，一方面可以说，热工水力参数会受到一些因素的影响，这些因素可能是堆芯内裂变功率；另一方面，对于反应性变化而言，其可以受到热工水力参数的影响，主要通过两点方式进行，其一是燃料多普勒效应；其二是慢化剂温度效应。

关键词 压水堆核电站 堆芯物理 热工水力 耦合特性

对于RELAP5程序而言，RELAP5-3D是最新版本，在该项实践中，应用到的元素主要有两个，其一是三维物理计算程序；其二是三维水力学部件。在应用这两种元素的同时，对堆芯进行计算，主要涉及热工水力耦合、以及三维物理两方面内容。这一模式的应用，对于实践有着不错的效果。基于此，本文将以RELAP5-HD为基点，进行堆芯耦合计算，并建立对应的模型，从而细致地研究堆核电站堆芯物理以及热工水力耦合特性问题。

一、RELAP5-HD 相关仿真模型的建立

（一）中子物理模型

在建设RELAP5-HD 模型时，其所使用的程序中有很重要的一个，即Nestle程序。在利用该程序时，还融合进了新的内容，也就是衰变热计算模型，对于该模型进行适当的修改后，就投入到Nestle程序中。对于Nestle程序而言，其具备一个基础模型，就是扩散方程模式，在该模式中，其是三维带6组的少群，还可以缓发中子。关于这一模式的应用原理，主要涉及这几点内容，第一点是 NEM方式；第二点是三维功率系统分布，该分布属于非线性迭代模式。之后，在进行对应的加速求解，就可以解决此时出现的问题，比如堆芯稳态特征值、以及瞬态等问题，在这一过程中，我国对于六角形等组件方面的计算比较有优势。

（二）物理/热工水力节块划分与藕合方式

在该应用中，其所依据的方法主要是相关节块法，并以此为基点展开对应的后续工作。对于堆芯物理网格而言，在进行整体划分时，可以选择一个处于一定范围内的组件为一个整体，并将其作为一个节块，关于这一范围的选择依据主要是径向上。而在考虑轴向上时，其所要解决的内容就发生了一定的改变，主要是稳定性、以及高效率收斂要求等方面，相关人员对这些内容要进行全面考察。在进行该考察任务时，对于节块的划分，最小的单位就是正方体。经过一段时间的操作后，这一整体将会被划分成很多个小节块，最终会形成1936个节块。针对堆芯热工水力，在进行径向上操作时，对于每一个组件都要进行保障操作，尤其是其所具备的冷却剂通道；而在进行轴向网格划分动作中，需要考虑大量的内容，包括节点实际数量、以及影响计算的因素等，同时还要进行划分操作，主要划分对象是相关冷却剂通道，关于这一划分操作所依据的标准是高度，最终形成水力学控制体，其数目是8个。此外，对于该控制体而言，其底部、顶部都要满足一定的要求，即具备轴向反射层，同时，该反射层也要达到一定的要求，即其厚度要在合适的范围内，对于该范围的取值，就是一个物理节块。然后，在堆芯进出口处，要使用控制体部件，该部件属于时间类别，为了保证该项操作的顺利进行，对于其压力边界要满足对应的要求，尤其是联通相关道具时，要忽略一些影响，比如不计环路等；还要忽略一些问题，比如相互交混问题等。

二、稳态结果分析

（一）分析计算第一个燃料循环稳态结果

在分析稳态结果时，其分析主要对象是第一个燃料，具体而言，要分析其满功率工况点，并对其进行计算，计算内容涉及稳态结果。在这一工况点下，关于调节棒棒位，是189 步。在具体实践中，要考虑硼这一化学元素，这一元素的堆芯分布比较有规律，为此，在进行计算的时候，很重要的一点，就是要调节硼的浓度，以保障整个堆芯状态，使其处于临界范围之内。此外，要想提高工作效率，尤其是数据比对方面，那么就要进行归一化处理，其处理对象主要是功率分布结果。具体而言，对于满功率工况，要比较分析径向功率，在这一过程中，有时候会发现误差的存在，尤其是其值为Num3 时，与电厂相关参数值相比，仿真结果比较真实；而对于一些误差值为600的情况，通过分析可以发现出现该现象的原因，即在进行实操时，总会出现一定的不稳定情况、以及客观因素等。

（二）满功率工控下相关组件通道中的流量分配因子

在进行具体的实践中，关于水力实验模拟而言，其主要实验对象有以下两点，其一，对相关流量分配而言，是孔板几何结构；其二，对整体流量分配而言，具体指在进行这一操作所造成的的影响。在这一过程中，并不涉及堆芯活性区域内容，而且对于不同通道而言，其积分功率水平不同，因而会影响整体流量的分配情况。此外，在进行仿真实验前，要满足一个前提条件，即所有通道中几何结构是一样的，只有满足这一情况，才可以进行之后的操作。

三、结语

综上所述，关于压水堆核电站问题，在进行堆芯物理/热工水力耦合特性分析时，可以从两点内容进行分析，其一是建立RELAP5-HD 相关仿真模型；其二是分析稳态结果，此外，还可以考虑对应的掉棒事故工况结果，进而更好的解决压水堆核电站问题。

参考文献：

[1]林桦，王云伟，张往锁.压水堆核电站功率控制系统对象研究及仿真分析[J].自动化仪表，2017，38（5）：7-10.

[2]刘丽艳，苏桐，郭凯.压水堆核电站蒸汽发生器二次侧两相流流场特性模拟[J].天津大学学报：自然科学与工程技术版，2019，52（7）：745-753.