1、 第 卷 第 期 压 力 容 器 年 月：设 计 计 算堆 芯 衰 变 热 对 反 应 堆 压 力 容 器 承 压 热 冲 击 的 影 响林 萍，杨 森 皓，陈 旭 鹏，银 建 中，韩 志 远，谢 国 山（大 连 理 工 大 学 化 工 学 院，辽 宁 大 连；中 国 特 种 设 备 检 测 研 究 院，北 京）摘 要：研 究 了 承 压 热 冲 击（）事 故 发 生 时，变 化 的 堆 芯 衰 变 热 对 反 应 堆 压 力 容 器（）安 全 分 析 的 影 响。基 于 三 回 路 反 应 堆 压 力 容 器，对 小 破 口 失 水 事 故 工 况 应 用 三 维 流 固 热 耦 合 方 法
2、 进 行 模 拟。计 算 了 事 故 下 内 堆 芯 衰 变 热 随 时 间 的 变 化 函 数，得 到 变 化 堆 芯 衰 变 热 影 响 下 冷 却 剂 经 过 堆 芯 后 的 温 升、三 回 路 模 型 安 注 流 动轨 迹、确 定 环 腔 内 温 度 最 低 点（冷 点）的 位 置，并 在 此 处 施 加 裂 纹 影 响，得 到 变 化 堆 芯 衰 变 热 影 响 下 应 力 强 度 因 子 分析 结 果，并 与 堆 芯 衰 变 热 结 果 进 行 比 较。结 果 表 明，在 本 瞬 态 工 况 下 变 化 的 堆 芯 衰 变 热 对 流 经 的 冷 却 剂 有 明显 的 升 温 作
3、用，内 壁 应 力 也 有 的 增 幅，应 力 强 度 因 子 有 的 增 幅。关 键 词：反 应 堆 压 力 容 器；堆 芯 衰 变 热；小 破 口 失 水 事 故；承 压 热 冲 击中 图 分 类 号：；文 献 标 志 码：，（，；，）：（）（），（），：（）；（）收 稿 日 期：修 稿 日 期：基 金 项 目：国 家 重 点 研 发 计 划 项 目（）引 言安 全 性 是 核 电 研 究 的 重 中 之 重，反 应 堆 压 力容 器（）作 为 核 电 站 中 包 容 反 应 堆 活 性 区 的 重要 设 备 和 安 全 屏 障，长 期 在 高 温 高 压 高 辐 照 的 恶劣 工 况 下
4、 服 役。当 失 水 事 故（）发 生 时，反 应堆 快 速 停 堆，主 冷 却 剂 流 量 降 低，应 急 堆 芯 冷 却 系统（）启 动，低 温 安 注 水 大 量 注 入 环 腔，产 生较 大 温 度 梯 度，进 而 产 生 热 应 力，与 压 力 的 共 同 作用 下 产 生 承 压 热 冲 击（）现 象，使 内 壁产 生 裂 纹 缺 陷 并 持 续 扩 展 或 使 原 有 缺 陷 出 现 扩展，甚 至 有 泄 漏 风 险。因 而 如 何 更 精 确 地 评 估 林 萍，等：堆 芯 衰 变 热 对 反 应 堆 压 力 容 器 承 压 热 冲 击 的 影 响 现 象 下 的 完 整 性，
5、是 目 前 亟 待 解 决 的 问 题。工 况 下，反 应 堆 停 堆 后 由 于 堆 芯 内 剩 余裂 变 和 中 子 俘 获 产 物 衰 变 产 生 功 率，其 功 率 是 一个 逐 渐 下 降 的 过 程，开 始 时 下 降 速 度 很 快，达 到 一定 数 值 后，下 降 速 度 变 得 缓 慢。虽 然 此 值 只 有 稳态 功 率 的 百 分 之 几，但 仍 然 对 壁 面 温 度 的 变 化 有阻 碍 作 用，直 接 影 响 分 析 结 果。马 梓 淇等 在 对 型 号 的 在 事 故 下 的 热应 力 数 值 模 拟 时，考 虑 了 堆 芯 热 功 率 的影 响。杨 森 皓 等
6、基 于 三 回 路 模 型，进 行 了 瞬 态 模 拟 与 断 裂 分 析，也 设 置 了 的堆 芯 衰 变 热，并 对 比 了 传 统 无 堆 芯 衰 变 热 的 计 算结 果，得 到 两 种 事 故 工 况 下 的 衰 变 热 的 影 响情 况。文 献 中 均 考 虑 了 衰 变 热 的 因 素，但是 所 用 的 衰 变 热 绝 对 值 偏 小，且 未 考 虑 衰 变 热 是动 态 变 化 的 过 程。在 运 行 过 程 中，堆 芯 区 域 由 于 快 中 子 长 期 辐照 导 致 材 料 脆 化，韧 脆 转 变 温 度 升 高。为防 止 母 材 的 腐 蚀 和 脆 化，在 堆 芯 区 域
7、 内 壁 有一 层 厚 度 的 奥 氏 体 不 锈 钢 材 料 作 为 堆焊 层。堆 焊 层 的 相 关 材 料 参 数 与 母 材 材 料 参 数不 同，对 分 析 结 果 有 一 定 影 响。本 文 在 前 人 研 究 基 础 上，基 于 三 回路 压 水 堆，对 小 破 口 失 水 事 故（）工 况 进 行 计 算；在 热 工 水 力 计 算 中，考 虑 停 堆 后 变化 的 堆 芯 衰 变 热 的 作 用，分 析 事 故 下 冷 却 剂 流 动轨 迹、内 壁 冷 却 路 径，在 冷 点 处 假 设 裂 纹 进 行断 裂 力 学 分 析；再 通 过 与 堆 芯 衰 变 热 功率 计 算
8、结 果 比 较，得 到 变 化 堆 芯 衰 变 热 对 同 一 工况 的 影 响 结 果。数 值 计 算 模 型 物 理 模 型基 于 三 回 路 压 水 堆，应 用 三 维 绘 图软 件 进 行 几 何 建 模。外 部 壳 体 设 计 高 度 为，外 径，壁 厚，堆 焊 层 厚度，壳 体 内 包 裹 堆 芯 区 域 及 其 他 附 件，由 于其 实 际 结 构 较 复 杂，建 模 过 程 中 进 行 了 相 应 的 简化。如 图 所 示，其 上 方 交 错 设 置 个 进 水 管 和 个 出 水 管，其 下 方 设 置 个 安 注 接 管（），采用 文 丘 里 管 形 式。低 温 安 注 水
9、 经 由 注 入 环 腔 内，与 腔 内 原 有 流 体 混 合，流 经 下 腔 室，通 过 流 量 分 配 裙 分 配 流 量 后，经 由 堆 芯 支 撑 键 流入 堆 芯、带 走 热 量，再 从 热 段 出 水 口 流 出。将 几 何模 型 导 入 中，进 行 划 分 成 多个 比 较 规 则 的 形 状，有 利 于 后 续 划 分 高 质 量 网 格，并 进 行 流 体 填 充。进 行 网 格 划 分 时，综 合 考 虑 计算 精 度 与 计 算 要 求，对 等 处 进 行 了 网 格 加 密处 理，最 终 划 分 网 格 数 约 万。图 物 理 模 型 堆 芯 衰 变 热 计 算反 应
10、 堆 停 堆 后 功 率 包 括 剩 余 裂 变 产 生 的 功 率和 中 子 俘 获 产 物 产 生 的 功 率。停 堆 后 的 功 率（）与 停 堆 前 功 率（）相 对 变 化 可 表 示 为式（），式 中 右 侧 第 一 项 是 剩 余 裂 变 功 率，第 二 项是 衰 变 功 率。（）（）（）（）（）（）（）（）（）式 中，为 停 堆 时 间，；（），（）为 停 堆 前 和 停 堆后 时 刻 的 中 子 密 度，中 子；（）为 停 堆 后 时 刻 的 衰 变 功 率，。以 低 浓 缩 作 为 燃 料 的 轻 水 堆 相 对 中 子 密度 随 时 间 的 变 化 情 况 为：（）（）（）（）图 内 单 位 体 积 堆 芯 衰 变 热 功 率 变 化 情 况
