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海洋条件下反应堆堆芯入口流量分配特性研究

摘要

在船用堆运行过程中堆芯入口流量分配的特性是保证反应堆安全运行的关键研究

问题之一，海洋环境下堆芯入口流量骤变引起的非均匀性分布会导致功率输出不均匀

和堆芯燃料组件流致振动问题，甚至引发沸腾临界，从而影响核反应堆的运行安全。

然而，目前该方向的相关研究及文献报道较少，对于船用堆堆型的参数设置和流量分

配器设计很难进行参考。因此，本文以陆地堆流量分配器为参考，从冷却剂流动特征

的机理角度出发，主要针对海洋条件运动工况下不同流量分配器类型的反应堆内压力

容器堆芯入口流量分配特性开展数值研究，建立反应堆压力容器全尺寸模型和堆芯多

孔介质模型，并对所计算的多孔介质参数进行验证。同时为了避免动态网格法引起的

网格畸变和参数监测问题，在控制方程中植入动量源项以实现海洋条件的引入。针对

海洋条件运动幅度和运动周期进行敏感性研究，得到了适用性的海洋条件工况选择方

案。基于四种典型流量分配器在相应海洋条件下的再分配性能进行数值模拟，观测分

析了下腔室局部流场特征、堆芯下支撑板下游速度剖面和堆芯入口整体流量分布特性，

并进行相关统计剖析，研究结果可为后续的船用堆相关研究提供一定的参考价值。

研究结果表明，线性运动对堆芯入口流量造成的影响极小。具有大量内部空腔的

流量分配器结构（或海洋运动附加向心力同向开孔）可以保持海洋运动下下腔室流场

的稳定性，并有效改善了堆芯入口流量分配的均匀性，但存在相邻燃料组件入口流量

偏差过大的现象和风险。具有内构件的流量分配器结构将进一步限制下腔室中流体搅

混的区域，阻碍下腔室中心区域的冷却剂流动，从而在海洋运动下增强堆芯下支撑板

下游的速度剖面平坦度，但额外的内构件装置会影响速度剖面导致平坦趋势减弱，同

时海洋运动附加力会影响这种流量分配器的堆芯入口总流量，并形成堆芯入口流量分

区分布的规律现象。在海洋运动工况中，艏摇运动附加力会在下腔室的空腔区域产生

绕纵轴环流的螺旋状涡旋，其涡旋流向与冷却剂主流方向垂直相交，导致涡旋区域对

应的堆芯入口区域形成低流量区域。

关键词：船用堆堆芯；流量分配器；多孔介质模型；流量分配

哈尔滨工程大学硕士学位论文

Abstract

Duringtherunningofmarinereactors,thecharacteristicsofflowdistributionatthecore

inletareoneofthekeyresearchestoensuretheoperationalsafety.Inmarineenvironments,the

non-uniformdistributioncausedbysuddenchangesincoreinletcanleadtounevenpower

outputandflowinducedvibrationoffuelassemblies,whichmaycauseboilingcriticality.

However,thereislimitedresearchandliteraturereportinginthisfield,itisdifficulttoreferto

theparametersettingsandflowdistributiondevicestructuredesignofmarinereactortypes.

Therefore,fromtheperspectiveofthemechanismofcoolantflowcharacteristics,thisstudyis

basedonthestructureoftheterrestrialreactorflowdistributiondevicesasareference,

numericalresearchontheflowdistributioncharacteristicsatthecoreinletofRPV(Rea