螺旋十字燃料组件沸腾传热及燃料元件热力耦合特性研究

来源：核动力工程杂志2023年第5期北京时间：

作者：丛腾龙, 高勇, 程毅, 蔡孟珂, 张琦, 肖瑶, 刘茂龙, 顾汉洋

单位：1.上海交通大学核科学与工程学院，上海，200240；2.中广核研究院有限公司，广东深圳，518000；

摘要：螺旋十字燃料（HCF）组件是一种新型的燃料组件设计方案，相对于传统的圆棒或板状燃料，HCF组件具有强交混、自支撑、无格架的特点。为评价HCF组件在热工水力和力学方面的性能，本文基于流固共轭传热方法建立了HCF组件两相沸腾传热模型和燃料棒热力耦合分析模型，获得了两相条件下的燃料棒和冷却剂温度、冷却剂空泡份额等参数分布以及不同燃耗深度下的燃料棒应力分布。结果表明，相对于圆棒组件，HCF组件可降低燃料中心温度和表面平均热流密度；发生沸腾临界时，HCF组件的线功率密度高于传统圆棒组件。初步热力耦合分析发现，对于金属芯体无气隙的HCF元件，燃料棒在辐照条件下受到较大的应力。

关键词：螺旋十字燃料（HCF）, 沸腾传热, 临界热流密度（CHF）, 交混, 热力耦合, 燃料性能

基金资助：上海市自然科学基金项目（23ZR1428300）；国家自然科学基金重点项目（12135008）；黑龙江省自然科学基金（YQ2020A003）