【技术实现步骤摘要】
一种锂冷核反应堆与斯特林发电机耦合传热特性分析方法
[0001]本专利技术涉及核反应堆领域换热技术，具体涉及一种锂冷核反应堆与斯特林发 电机耦合传热特性分析方法。
技术介绍
[0002]目前，动态能量转换如斯特林循环、布雷顿循环等，因其转换效率高已成为 大功率空间核反应堆设计采用的主要能量转换方式。斯特林循环结合液态金属锂 冷却反应堆可实现百千瓦级的功率输出，是大型空间堆可行设计方案之一。为了 确定复杂宇宙环境下，锂冷反应堆耦合斯特林发电机瞬态传热特性的影响，建立 堆芯热工水力模型、斯特林发电机系统换热模型，从而为更加全面、有效地评估 复杂宇宙环境下斯特林发电机耦合锂冷反应堆系统安全运行特性提供依据。
[0003]
技术实现思路
[0004]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种锂冷核反应 堆与斯特林发电机耦合传热特性分析方法，可以准确的反映出系统的运行特性， 可以实现不同结构与功率的空间锂冷核电源系统，包括堆芯、斯特林发电机的计 算，降低了对空间锂冷核电源的结构与参数的要求，有效增加了本...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种锂冷核反应堆与斯特林发电机耦合传热特性分析方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：输入锂冷核反应堆以及斯特林发电机的结构、几何参数，确定堆芯燃料的功率分布和冷却剂的温度，输入反应堆堆芯流量及堆芯斯特林发电机冷端温度，设定计算时间；步骤2：对核反应堆堆芯沿径向及轴向划分若干控制体，初始时刻设定各控制体温度、压力等于冷却剂温度、压力；步骤3：建立关于堆芯控制体的非线性微分方程，通过吉尔算法得到当前时刻堆芯控制体温度；锂冷核反应堆堆芯由燃料元件和液态锂冷却剂构成，燃料元件主要由燃料区域、裂变气体间隙、燃料包壳构成；首先采用考虑六组缓发中子的点堆模型动态方程来求解反应堆裂变功率：先采用考虑六组缓发中子的点堆模型动态方程来求解反应堆裂变功率：式中：P(t)——t时刻反应堆裂变功率/W；t——计算时间/s；Λ——中子代时间/s；β——总的有效缓发中子份额；β
i
——第i组缓发中子份额；λ
i
——第i组缓发中子的衰变常数/s
‑1；C
i
(t)——t时刻第i组缓发中子的浓度/m
‑3；n
c
——缓发中子组数；ρ(t)——总的反应性/$；以上计算点堆模型动态方程得到反应堆裂变功率，将反应堆裂变功率折算为控制体内热源：Q
V,i
——燃料控制体i的内热源/W
·
m
‑3；P(t)——t时刻反应堆裂变功率/W；λ
P,i
——输入第i个控制体的功率分布系数V
i
——控制体i的体积/m3；燃料芯块及包壳、气隙区域温度变化率计算如下：燃料芯块及包壳、气隙区域温度变化率计算如下：
式中：ρ
U
——燃料芯块的密度/kg
·
m
‑3；c
U
——燃料芯块的比热/J
·
kg
‑1·
K
‑1；T
U
——燃料芯块的温度/K；λ
U
——燃料芯块的导热系数/W
·
m
‑1·
K
‑1；r——燃料芯块的半径/m；Q
V
——燃料控制体的热源密度/W
·
m
‑3；ρ
i
——区域i的密度/kg
·
m
‑3；c
i
——区域i的比热/J
·
kg
‑1·
K
‑1；T
i
——区域i的温度/K；λ
i
——区域i的导热系数/W
·
m
‑1·
K
‑1；r
i
——区域i的半径/m；g1——包壳区域g2——气隙区域假设液态锂冷却剂在堆芯内的流动为不可压缩的一维单向流动，控制方程如下：质量控制方程：动量控制方程：能量控制方程：式中：ρ——冷却剂密度/kg
·
m
‑3t——时间/sW——冷却剂流量/kg
·
s
‑1P——冷却剂压力/Paf——摩擦系数A——冷却剂流通面积/m2h——冷却剂比焓/J
·
kg
‑1z——冷却剂轴向高度/mU——冷却剂加热周长/mD——冷却剂水力直径/m方程组(6)
‑
(7)获得堆芯流量随时间及空间的变化率，求解方程(8)获得堆芯流体温度随时间的变化；利用吉尔算法求解上述锂冷核反应堆堆芯传热方程组(4)、(5)、(8)获得芯块、包壳、气隙、堆芯流体的温度分布；
步骤4：计算当前时刻斯特林发电机换热量；堆芯流体从堆芯出口流经斯特林发电机热端后,重新流入堆芯进口，斯特林发电机热端温度为堆芯进出口平均温度；斯特林发电机模型包括斯特林发电机冷热端壁面、气体工质、回热器部分；对于斯特林发电机冷热端包壳有如下热平衡方程：质、回热器部分；对于斯特林发电机...
【专利技术属性】
技术研发人员：王成龙，金钊，张大林，苏光辉，田文喜，秋穗正，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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