矩形通道局部变形堵塞对流传热实验研究

郭玖元邓永皓许 巍刘晓晶何晓强

1（上海交通大学 核科学与工程学院 上海200240）

2（中国核动力研究设计院 成都610041）

板状燃料元件因具有结构紧凑、传热效率较高等特点，被广泛应用于核反应堆中。板状燃料元件反应堆堆芯的冷却剂流道为狭窄的矩形通道，各通道间互不相通［1］。燃料包壳在长期的中子辐照和高温环境下可能会使矩形通道发生局部的肿胀、变形乃至鼓泡［2］，这将有可能引起冷却剂流道堵塞事故。

冷却剂流道堵塞事故会使得流道阻力增大、流量减少［3］，这可能造成燃料板失冷，板温升高，威胁包壳完整性，引发严重的事故后果。一些运行中的板状燃料反应堆已发生过此类事故，如1965年美国橡树岭研究堆发生过一起因橡胶垫片随冷却剂流入堆芯而引起的堵流事故，最终导致一个板状燃料组件中的三块燃料板局部熔化；1996年，Stovall等［4］开展了在冷却剂通道入口分别为25%部分堵塞和35%部分堵塞的实验研究，结果显示：流体在堵塞下游会存在一个流速降低区域，这导致了冷却剂通道内的流动传热能力降低，使得壁面温度升高；2014年，Li等［5］应用多维堆芯物理与热工水力耦合程序PORSTA的电动阀模型完成流道堵塞的瞬态模拟分析。结果显示：堆芯在发生流道堵塞事故瞬态会产生强烈的局部的物理热工负反馈效应，这使得堆芯局部功率下降。而从整个堆芯整体来看，反应堆的功率最终的变化趋势和堵塞份额有关；2014年，宋磊等［2］针对板状燃料组件在入口堵流事故下进行了数值模拟计算。……