高温气冷堆一回路管道内石墨粉尘沉积模型研析.pdfVIP

第六届海峡两岸超微颗粒学术研讨会 高温气冷堆一回路管道内石墨粉尘沉积模型分析 陈志鹏、于溯源 北京清华大学，核能与新能源技术研究院；北京市海淀区清华大学能科楼C102，100084； zhipeng@mail．tsinghua．edu．cn，010 摘要：高温气冷堆在运行过程中由于石墨构件之间的摩擦，使一回路氦气在流动中不可避 免地带有不同尺寸范围的石墨粉尘，石墨粉尘在一回路边界系统表面沉积，加重了放射性 物质迁移。本文针对高温气冷堆自身运行的特点，研究了一回路中石墨粉尘．氦气气溶胶的 物理特性以及沉积表面的几何特性，通过对影响石墨粉尘沉积行为主要因素的分析，揭示 高温气冷堆石墨粉尘在一回路管道表面沉积机理。根据本文研究结果，高温气冷堆一回路 石墨沉积以紊流沉积和热泳沉积为主，由于高温气冷堆～回路管道布置包含了水平管道、 垂直管道以及弯曲管道，这种情况下重力和离心力对石墨粉尘在不同沉积表面上的沉积有 很人影响。在上述分析的基础上，采用考虑包含沉积主要影响因素的计算颗粒沉积速度的 半经验公式模型来研究高温气冷堆石墨粉尘在一同路管道表面的沉积。结果表明，这种计 算沉积速度的半经验公式模型可用于工程上预测高温气冷堆一回路不同管道表面沉积。 关键词：高温气冷堆石墨气溶胶紊流沉积热泳沉积 l、 前言 高温气冷堆(HTGR)具有较高的同有安全特性，是国际上公认的第四代先进反应堆堆 型之一【l】。该堆型以石墨作为结构材料，以氦气作为冷却剂。高温气冷堆，尤其是采用不 停堆连续装卸料方式的球床式高温气冷堆，在运行过程中由于球形燃料同石墨构件之间的 摩擦，使得一回路氦气在流动中不可避免地带有不同尺寸范围的石墨粉尘。石墨粉尘在一 回路边界系统表面沉积，加重了放射性物质迁移，给设备维护和环境安全带来较大影响。 因此研究石墨粉尘在一同路设备表面的沉积情况对高温气冷堆的发展具有重大意义。 2、 高温气冷堆一回路的气溶胶特性 高温气冷堆一回路中同体的石墨粉尘微粒悬浮于氦气介质形成了典型的多谱气溶胶。 石墨粉尘随氦气流动在一回路表面的沉积行为取决于石墨粉尘．氦气气溶胶动理学特性以及 沉积表面特性，因此首先对气体介质(氦气)和气载粒子(石墨粉尘)的物理特性进行研究。 高温气冷堆一同路的氦气压力一般可达到3．．,6Mpa，堆芯入口温度250—400C，出El温 度750—950℃。氦气为单原子分子，其范德华半径为0．122，珊。根据气体分子平均自由程的定 义可得一回路氦气分子平均自由程九。4．5—21nm。 在本文研究：[作中采用文献【2】给出的氦气物理性质的计算公式，得到高温气冷堆一回 路氦气冷却剂的物理参量，其中密度和运动粘性系数变化曲线如图1所示。 4∞ 500600 700∞O9001000”∞ 1200 500600 7008009001000’100 T(k) T(埘 a)密度 b)运动粘性系数 176 第六届海峡两岸超微颗粒学术研讨会 图1高温气泠堆一同路氦气冷却剂密度和运动粘性系数 石墨粉尘的物理特性同彳i墨粉尘的产生机理以及粉尘随氦气流动的碰撞和凝并行为有 关。高温气冷堆采用的彳i墨材料密度一般为1．69／cm3—1．99／cm3，石墨粉尘颗粒粒度分 布满足对数正态分布规律。AVR反应堆中实测的彳i墨粉尘的众数直径约为0．65／am13】，而雒 晓卫等人14】根据碰撞凝并理论计算的HTR．10中石墨粉尘凝并结果表明氦气流中石墨粉尘绝 大部分体积小于10 kun3，因此可以认为对高温气冷堆一回路表面的沉积现象主要取决于直 径范围在0．1—10／on的石墨粉尘的沉积行为。 3、 石墨粉尘的管道沉积模型 高温气冷堆中运行过程中产生的孑i墨粉尘被流经堆芯的氦冷却剂带走，氦冷却剂从堆 芯出口开始分别流经热氦气室、热氦气导管、蒸汽发生器、氦气风机、冷氦气导管、堆芯 下部腔室、冷氦气流道和冷氦气室，最后再进入堆芯形成一同路流动。 高温气冷堆内一同路设备