在高温气冷堆的长期运行过程中,控制棒驱动机构可能会出现故障。针对控制棒驱动系统故障处理的功能需求,设计了圆环链剪切装置。剪切装置安装在气氛隔离系统内部,在控制棒驱动机构拆卸过程中剪断圆环链,实现控制棒驱动机构与控制棒的快速拆卸分离。为了保证圆环链的顺利剪切,运用Deform-3D建立了相应模型,对剪切刃参数与剪切力大小的关系进行了研究,最终实现剪切刃参数的优化。仿真及实验结果表明该装置可安全实现圆环链的剪切过程,满足工程实际要求。

为研究高温气冷堆中燃料球的气动力提升过程,本文采用三维计算流体力学数值模拟与三自由度动力学仿真解耦的方法对燃料球的运动轨迹进行了模拟。通过计算流体力学方法计算了燃料球在提升管内所受的气动力,运用三自由度动力学仿真给出了燃料球在输送管道内的运动轨迹。将数值模拟的运动轨迹与实验测量的结果进行对比发现,本文数值模拟可准确地预测燃料球的运动轨迹和碰撞次数,与实验结果相符。这表明本文方法可用于模拟高温堆燃料球的气动力提升过程。

包覆燃料颗粒的质量对高气冷堆安全运行起着重要作用。包覆燃料颗粒的镀层密度是影响颗粒质量的重要指标。

颗粒气动曳力计算模型对预测颗粒传输行为具有重要意义。为建立适用于高温气冷堆内非球形石墨粉尘颗粒气动曳力的关联式,本文采用计算流体力学分析了颗粒气动曳力的产生机理和关键影响因素,并针对高温气冷堆中几种典型非球形颗粒,建立了适用于非球形颗粒曳力系数的关联式以及石墨粉尘的统计平均曳力系数模型。研究结果表明颗粒雷诺数和来流角是影响曳力系数的重要参数,随着颗粒雷诺数的增加,曳力系数降低;而随着来流角的增加,曳力系数增大。本文提出的曳力系数预测模型能很好地体现石墨粉尘气动曳力受非球形参数和来流角的影响,为高温气冷堆中石墨粉尘运动特性的研究提供了基础。

阐述了高温气冷堆大口径核级氦气隔离阀的漏率指标,并通过对氦气隔离阀样机的密封结构进行研究,设计并制造了多种主密封结构试验件进行试验,结合试验件的试验情况,选取密封性能稳定可靠的密封结构运用至样机上,最终样机的内漏及外漏密封性能通过试验得到验证,为高温气冷堆大口径核级氦气隔离阀密封结构的设计及其他低漏率要求阀门密封结构的设计提供借鉴。

高温气冷堆作为先进的第四代核电堆型技术,主氦风机是其中非常关键设备。以高温气冷堆主氦风机主轴的迷宫密封为研究对象,通过CFD数值技术分析迷宫密封在不同出入口压差、轴转速、空腔宽度和齿宽下的泄漏特性,同时建立密封试验平台,通过试验研究轴的转速、出入口压差对泄漏特性的影响。结果表明,随着出入口压差的增大,泄漏量增加明显,近似成正比关系;随着转速的增加,泄漏量有所降低,但变化幅度很小,在转速达到5000r/min时,泄漏量最小;随着空腔宽度的增加,泄漏量减小;随着齿宽的增大,泄漏量减小。