一种超临界水冷堆的平衡循环堆芯设计方法技术

本发明专利技术公开了一种超临界水冷堆的平衡循环堆芯设计方法，将关键设计过程进行了离散分解，根据耦合紧密程度及耦合效应强烈程度，进行相互匹配和迭代设置，形成了联系紧密的非线性迭代过程，从而可以获得性能更高的超临界水冷堆平衡循环堆芯设计方案。本发明专利技术使得超临界水冷堆的平衡循环堆芯设计精度和设计性能更高、设计方案更加完善。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于核反应堆堆芯设计
，具体涉及。
技术介绍
超临界水冷堆是最具发展前景的第IV代核能系统之一，具有机组热效率高、系统简化等突出优点。与传统压水堆相比，超临界水冷堆较大的堆芯出入口温差(5000C /280°C)使其具有强烈的物理与热工耦合效应，而且完全依靠控制棒和可燃毒物进行后备反应性控制及反应性亏损补偿，同时还需要满足最大燃料包壳温度、最大线功率密度及卡棒准则等设计准则，使得堆芯装载方案设计难度大幅增加。此外，为了降低燃料包壳温度并提供冷却剂出口温度，引入了多流程及流量分区设计技术，同时平衡循环堆芯还需要考虑换料过程，因而超临界水冷堆的平衡循环堆芯设计是超临界水冷堆设计中的重大关键技术问题。目前，国际上给出的超临界水冷堆平衡循环堆芯设计方案非常少，主要原因是设计过程复杂，尚没有较为简单、有效、准确的超临界水冷堆平衡循环堆芯设计方法。综上所述，目前国内外还没有相对完善、计算准确的用于超临界水冷堆平衡循环堆芯的设计方法，因而需要针对超临界水冷堆平衡循环堆芯设计特点及关键技术问题，提出功能更加完善、计算过程更加简单有效、精度更高的平衡循环堆芯设计方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对超临界水冷堆物理与热工强烈耦合以及诸多关键设计过程相互紧密耦合的设计特点，提出了，使得超临界水冷堆的平衡循环堆芯设计精度和设计性能更高、设计方案更加完善。本专利技术的目的通过下述技术方案实现:，包括以下步骤: (1)确定超临界水冷堆平衡循环堆芯主参数； (2)确定主要设计准则； (3)设定各流程的堆芯区域和组件数量、冷却剂和慢化剂流向； (4)初始化堆芯各流程的相对功率份额； (5)设定各流程流量分配方案； (6)设定堆芯装载方案及换料方案； (7)设定控制棒布置方案； (8)设定控制棒运行管理方案； (9)设定新燃料组件富集度及组件内分区方式； (10)设定寿期初堆芯燃耗分布； (11)设定堆芯组件冷却剂流量分配方案； (12)进行堆芯三维少群扩散计算； (13)给出堆芯径向和轴向功率分布，作为热工水力计算输入； (14)进行堆芯多通道热工水力计算； (15)给出堆芯径向和轴向水密度分布； (16)判断堆芯的所有区域水密度分布是否收敛，若收敛，则进入下一步骤，若不收敛，则返回到步骤(12); (17)计算堆芯特定工况下组件流量分配； (18)调整控制棒棒位进行堆芯临界燃耗计算； (19)判断是否寿期末，若是，则进入下一步骤，若不是，则返回到步骤(12); (20)形成新的全寿期堆芯组件流量分配方案； (21)进行堆芯模拟换料； (22)判断寿期初堆芯燃耗分布是否收敛，若收敛，则进入下一步骤，若不收敛，返回到步骤(10)； (23)判断堆芯燃耗寿期是否满足要求，若满足，则进入下一步骤，若不满足，返回到步骤(9)； (24)判断控制棒是否满足卡棒准则，若满足，则进入下一步骤，若不满足，则返回到步骤(7)； (25)判断主要设计准则是否全部满足，若满足，则结束，若不满足，则返回到步骤(5)。本专利技术构思是将超临界水冷堆的平衡循环堆芯设计中的流程流量分配、堆芯装载及换料、控制棒运行管理、组件流量分配等关键设计过程进行了离散分解，根据耦合紧密程度及耦合效应强烈程度，进行相互匹配和迭代设置，形成了联系紧密的非线性迭代过程，从而可以获得性能更高的超临界水冷堆平衡循环堆芯设计方案；至于在设计过程中的每一个单独的计算步骤，均可采用本领域的现有技术，也可根据实际需求进行改进。与已有设计方法相比，该设计方法功能更加完善，计算效率和精度更高，能够较好地应用于各类超临界水冷堆的平衡循环堆芯设计。该方法实现了流程流量分配方案设计、堆芯装载及换料方案设计、控制棒运行管理方案设计、组件流量分配方案设计等关键设计过程的相互耦合，能够给出同时满足最大包壳温度、最大线功率密度、反应性控制等设计准则的超临界平衡循环堆芯设计方案。上述步骤(5) (11)即为经过离散分解后的关键设计过程，按照本专利技术公开的流程进行多层次、多批次迭代计算，根据计算结果不断调整新燃料组件富集度、装载方案及换料方案、控制棒布置方案及运行管理程序、各流程流量分配方案等，最终给出满足所有设计准则的平衡循环堆芯设计方案。作为本专利技术的一种优选方案，根据通常的设计需要，所述步骤(I)中，超临界水冷堆平衡循环堆芯主参数包括:热功率、燃耗寿期、循环长度、组件结构形式及尺寸、包壳及结构材料、组件数量及布置、堆芯布置、堆芯出入口温度、旁流份额、慢化剂最大出口温度；但是，本专利技术涉及的主参数并不仅限于此，也可根据设计需求增加或减少。循环长度:反应堆两次停堆换料之间的时间间隔。旁流份额:从反应堆压力容器进口直接沿压力容器环腔进入下腔室的冷却剂流量与反应堆冷却剂总流量之比。作为本专利技术的另一种优选方案，根据通常的设计需要，所述步骤(2)中，主要设计准则包括:最大燃料包壳温度、最大线功率密度、卡棒准则；但是，本专利技术的主要设计准则并不仅限于此，也可根据设计需求增加或减少。线功率密度:反应堆总功率与堆内所有燃料元件长度之和的比值。综上所述，本专利技术的优点为:首先将各设计过程进行了离散分解，在此基础上，根据各设计过程耦合紧密程度及耦合效应强烈程度，进行相互匹配和迭代设置，形成紧密联系的非线性迭代过程，从而获得更高性能指标的超临界水冷堆平衡循环堆芯设计方案；与目前已有的设计方法相比，该设计方法功能更加完整，计算效率和精度更高，能够较好地应用于各类超临界水冷堆的平衡循环堆芯设计。附图说明图1为本专利技术的流程示意图； 图2为实施例的组件布置图； 图3为实施例的堆芯布置图； 图4为实施例的换料过程示意图一； 图5为实施例的换料过程示意图二； 图6为实施例的换料过程示意图三； 图7为实施例的控制棒布置图； 图8为0.0 EFPD的控制棒运行管理程序； 图9为2.0 EFPD的控制棒运行管理程序； 图10为30.0 EFPD的控制棒运行管理程序； 图11为70.0 EFPD的控制棒运行管理程序； 图12为110.0 EFPD的控制棒运行管理程序； 图13为150.0 EFPD的控制棒运行管理程序； 图14为190.0 EFPD的控制棒运行管理程序； 图15为230.0 EFPD的控制棒运行管理程序； 图16为270.0 EFPD的控制棒运行管理程序； 图17为300.0 EFPD的控制棒运行管理程序； 图18为330.0 EFPD的控制棒运行管理程序； 图19为实施例的堆芯组件流量分配示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术的实施方式不仅限于此。实施例: 本专利技术公开的如图1所示，图1中的堆芯主参数代表步骤(I )，设计准则代表步骤(2)，流程区域划分代表步骤(3)，初始化流程功率份额代表步骤(4)，流程流量分配方案代表步骤(5)，堆芯装载及换料方案代表步骤(6)，控制棒布置方案代表步骤(7)，控制棒运行管理程序代表步骤(8)，新燃料组件富集度及分区方式代表步骤(9)，寿期初燃耗分布代表步骤(10)，堆芯组件流量分配方案代表步骤(11)，堆芯扩散计算代表步骤(12)，堆芯功率分布代表步骤(13)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超临界水冷堆的平衡循环堆芯设计方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）确定超临界水冷堆平衡循环堆芯主参数；（2）确定主要设计准则；（3）设定各流程的堆芯区域和组件数量、冷却剂和慢化剂流向；（4）初始化堆芯各流程的相对功率份额；（5）设定各流程流量分配方案；（6）设定堆芯装载方案及换料方案；（7）设定控制棒布置方案；（8）设定控制棒运行管理方案；（9）设定新燃料组件富集度及组件内分区方式；（10）设定寿期初堆芯燃耗分布；（11）设定堆芯组件冷却剂流量分配方案；（12）进行堆芯三维少群扩散计算；（13）给出堆芯径向和轴向功率分布，作为热工水力计算输入；（14）进行堆芯多通道热工水力计算；（15）给出堆芯径向和轴向水密度分布；（16）判断堆芯的所有区域水密度分布是否收敛，若收敛，则进入下一步骤，若不收敛，则返回到步骤（12）；（17）计算堆芯特定工况下组件流量分配；（18）调整控制棒棒位进行堆芯临界燃耗计算；（19）判断是否寿期末，若是，则进入下一步骤，若不是，则返回到步骤（12）；（20）形成新的全寿期堆芯组件流量分配方案；（21）进行堆芯模拟换料；（22）判断寿期初堆芯燃耗分布是否收敛，若收敛，则进入下一步骤，若不收敛，返回到步骤（10）；（23）判断堆芯燃耗寿期是否满足要求，若满足，则进入下一步骤，若不满足，返回到步骤（9）；（24）判断控制棒是否满足卡棒准则，若满足，则进入下一步骤，若不满足，则返回到步骤（7）；（25）判断主要设计准则是否全部满足，若满足，则结束，若不满足，则返回到步骤（5）。...

【技术特征摘要】
1.一种超临界水冷堆的平衡循环堆芯设计方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)确定超临界水冷堆平衡循环堆芯主参数； (2)确定主要设计准则； (3)设定各流程的堆芯区域和组件数量、冷却剂和慢化剂流向； (4)初始化堆芯各流程的相对功率份额； (5)设定各流程流量分配方案； (6)设定堆芯装载方案及换料方案； (7)设定控制棒布置方案； (8)设定控制棒运行管理方案； (9)设定新燃料组件富集度及组件内分区方式； (10)设定寿期初堆芯燃耗分布； (11)设定堆芯组件冷却剂流量分配方案； (12)进行堆芯三维少群扩散计算； (13)给出堆芯径向和轴向功率分布，作为热工水力计算输入； (14)进行堆芯多通道热工水力计算； (15)给出堆芯径向和轴向水密度分布； (16)判断堆芯的所有区域水密度分布是否收敛，若收敛，则进入下一步骤，若不收敛，则返回到步骤(12); (17)计算堆芯特定工况下组件流量分配； (18)调整控制棒棒位进行堆芯临界燃耗计算； (19)判断是否寿期末，若...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏榜样，王连杰，杨平，李庆，李翔，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：