栅径比对环形燃料外周向温度分布不均匀性影响

曾付林 唐 锚 赵鹏程 向钊才

（南华大学 核科学技术学院 衡阳 421001）

环形燃料采用内、外冷却流道增大了冷却能力，相较于传统棒状燃料元件，降低了燃料芯块的最大温度，可以在保持或改进现有反应堆安全裕量的前提下，提升反应堆功率密度20%～50%，具有优良的安全性与经济性，已成为压水堆先进燃料元件的重要发展趋势之一［1-2］。其自从MIT研究者提出以来，中国、美国、韩国以及伊朗等国家均已对其做了大量的热工水力性能分析［2-5］，且环形燃料棒束直径明显大于传统棒状燃料直径，因此更加地稳定，不容易产生振动，只要保持合理的压降即可将棒束间间隙降低到1 mm［6］。中国原子能科学研究院初步明确了环形燃料组件概念设计以AFA-3G 组件为参考，在保持原有组件几何尺寸和“水铀比”不变的情况下，综合考虑堆芯物理、热工水力以及元件性能等因素，采用13×13的排列结构［2］。因此，目前大多数已有试验将环形燃料栅径比设置为1.07，且对环形燃料外径尺寸的设置一般在15.3～15.6 mm，通过栅径比、栅距、燃料外径以及棒束间间隙宽度之间的关系可计算得棒束间间隙宽度仅有1.1～1.2 mm。这种紧密栅组件与栅径比较大的燃料组件相比，其直观的特征是燃料棒之间的间距较小，导致流动与换热沿燃料棒周向存在明显的不均匀性，使得包壳温度沿燃料棒周向分布不均，进而容易导致包壳在热应力下发生形变甚至破损，对反应堆的安全性存在隐患。在燃料组件内，换热沿周向存……