钠冷快堆六角形组件换热特性分析

师 泰，张东辉，刘一哲

(中国原子能科学研究院，北京 102413)

示范快堆是我国自主设计建造的一座池式钠冷快中子反应堆，反应堆采用六角形组件作为燃料，燃料在反应堆运行过程中浸泡在导热性能较好的液态金属钠中，在换料过程中会通过换热性能较差的氩气空间。因此，保证燃料组件在氩气环境中安全性是反应堆安全设计的重要组成部分[1]。快堆燃料组件初始释热较大，一般采用乏燃料组件装入堆内储存阱中放置1～2个换料周期的方式降低其衰变热功率。换料开始后，组件由换料系统提升到反应堆外部的转运室中，转运室为氩气环境，长时间悬停在转运室可能导致组件超温，甚至破损，组件破损熔化会导致放射性物质进入环境[2-3]。因此，研究燃料组件在氩气环境下的换热特性，保证反应堆换料工程中组件的安全极其重要。

目前国内外针对六角形组件在气体环境下的换热特性研究甚少，美国桑迪亚国家实验室[4]开展了模拟水平运输过程快堆217棒乏燃料组件的换热特性试验，进行了低加热功率范围在不同气体介质中的传热试验，得到了组件内部温度分布并拟合了热导率经验关系式[5]。Alyokhina等[4-6]建立含多个快堆乏燃料组件的储存桶的三维模型，研究环境温度变化对贮存桶内温度分布的影响，结果表明外部环境温度变化对贮存桶内温度分布无明显影响，同时解决了反向共轭传热问题。

本文采用三维CFD软件研究37棒乏燃料组件在充满氩气环境的转运室悬停时，燃料组件依靠自然循环方式冷却的稳态温度场，同时采用37棒模拟组件实验进行验证。……