基于在线耦合的球形燃料元件温度场计算
来源：核动力工程杂志2023年第1期北京时间：
作者：顾晨, 贺亚男, 邓超群, 巫英伟, 章静, 田文喜, 苏光辉, 秋穗正
单位：西安交通大学核科学与技术学院，西安，710049；
摘要：由于三层各向同性（TRISO）颗粒弥散型燃料元件结构复杂且其材料性能随着辐照水平不断变化，不同燃耗下燃料元件的等效热导率不易确定。本研究基于COMSOL软件完成了TRISO颗粒性能分析程序开发，并与BISON程序预测值进行了对比分析。随后，基于COMSOL软件与MATLAB联合仿真建立了球形燃料元件等效热导率的计算方法，实现了球形燃料元件和TRISO颗粒模型间的在线耦合计算。在此基础上，获得了不同边界温度、燃耗条件下燃料元件径向等效热导率分布及温度场分布。计算结果表明，快中子注量达到3×10<sup>25</sup> m<sup>–2</sup>时，TRISO等效导热率下降约20%，燃料等效热导率下降约15 W/(m·K)。为了验证本研究方法的有效性，用微分-有效介质理论模型（D-EMT）计算燃料的等效导热率，得到的球形燃料中心温度预测值相比本研究方法的预测值低约25 K。本文研究方法更能真实反映球形燃料元件在反应堆内的温度场变化。
关键词：等效热导率, 球形燃料元件, 三层各向同性颗粒, 耦合, COMSOL
基金资助：国家自然科学基金项目（U20B2013）
