HCF三维精细化燃耗特性分析

来源：核动力工程杂志2025年第4期北京时间：

作者：段倩妮, 汪洋, 李伟, 武俊梅

单位：1.西安交通大学复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室，西安，710049；2.中广核研究院有限公司，广东深圳，518031；

摘要：几何形状复杂的螺旋十字燃料（HCF）对燃耗特性研究提出了更高的挑战。传统的同心圆圈式燃耗区域划分方法无法准确地模拟HCF复杂的几何引起的燃料各位置燃耗不同的问题，缺乏相应的三维精细化数值分析方法预测燃耗特性。本文针对HCF提出六面体燃耗区域划分及计算机辅助设计（CAD）几何建模方法，分别以HCF的薄片、最小扭转单元、单根燃料为研究对象，实现三维精细化的燃耗计算，获得不同燃耗下变量分布及²³⁵U、 ²³⁸U、²³⁹Pu典型核素在凹、凸处的核子密度及核反应率。结果表明， HCF径向一周快中子通量密度、热中子通量密度、功率密度分布表现出极大的不均匀性，且随着燃料的消耗，其周向不均匀性增强，凸处燃耗较凹处深15.92 MW·d/kg。轴向扭转对燃料凸处物理变量的影响大于凹处。三维精细化的燃耗特性分析可为高保真的HCF中子物理和热工水力、力学等耦合计算提供基础。

关键词：螺旋十字燃料（HCF）, 燃耗计算, 燃耗区域划分, 功率密度

基金资助：西安交通大学青年拔尖人才计划 (LX6J022)