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运用仿真技术研究反应堆的新型低浓缩铀(LEU)燃料

2015/11/2    来源:ANSYS    作者:Markus Piro  Anthony Williams      
关键字:ANSYS Mechanical  材料测试  仿真技术  
本文介绍了仿真技术可以帮助设计一种新型低浓缩的核燃料,可用于降低扩散危险的材料测试、同位素生产和中子射线照相术研究。

图3 仿真显示热导率随着相互作用层体积分率的增加而降低

图3 仿真显示热导率随着相互作用层体积分率的增加而降低

    执行仿真时改变了输入流体流速、燃料类型与线性功率,以计算燃料、包壳和冷却剂温度针对各个设计变量的相对敏感度。另外,CNL还考虑了一种备选燃料几何结构,即用螺旋鳍片(它并不会显著增加生产工艺的复杂性)替代初始设计的直鳍片,以研究反应堆热传递的影响。用螺旋鳍片替代直鳍片降低了预测的包壳与燃料温度。非线性几何结构产生的更强湍流改善了流体和固体区域之间的热传递,因为其可以促进高温包壳表面附加的冷却剂与低温整体流体的混合。因此,这种设计所增强的热传递表明有可能实现更高的运行功率。

    数值仿真预测结果可以支持备选燃料设计的性能与安全分析,同时能够指导U-Mo弥散型燃料的物理实验。改变功率和输入流量工况过程中观察到的趋势可用于优化物理实验的性能与安全性。相关模型提供的温度预测结果能够帮助确定反应堆将来可能采用的线性功率。螺旋鳍片包壳的优势为生产这种独特设计提供了依据。最后,这种新型燃料设计可以实现在研究和测试用反应堆中的高效、安全应用,同时可以降低扩散风险。

图4 直鳍片的网格化小型单元(为了显现实体结构,未显示代表流体区域的网格)

图4 直鳍片的网格化小型单元(为了显现实体结构,未显示代表流体区域的网格)

图5 配备直鳍片(上)和螺旋鳍片(下)的包壳表面的流体流动迹线

图5 配备直鳍片(上)和螺旋鳍片(下)的包壳表面的流体流动迹线

责任编辑:吴星星
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