燃料棒徑向功率密度分布敏感性分析

涂曉蘭　馬永強(qiáng)　馮晉濤

【摘 要】燃料芯塊中的徑向功率密度分布為燃料元件性能分析程序的重要參數(shù)。本文針對(duì)UO2燃料、UO2-Gd2O3燃料以及IFBA燃料棒對(duì)影響徑向功率密度分布的因素進(jìn)行了敏感性分析，確定影響徑向功率密度分布的關(guān)鍵參數(shù)，并研究了各關(guān)鍵參數(shù)的影響數(shù)學(xué)模型，為形成燃料棒熱力學(xué)性能分析軟件FUPAC徑向功率密度分布模型奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】徑向功率密度分布；UO2-Gd2O3燃料棒；IFBA燃料棒

0 引言

燃料芯塊中的徑向功率密度分布為燃料元件性能分析程序的重要參數(shù)，將會(huì)影響燃料中的溫度分布計(jì)算。國(guó)際上通常事先應(yīng)用中子學(xué)輸運(yùn)計(jì)算程序計(jì)算提供各種情況下燃料棒徑向功率密度分布參數(shù)，然后燃料棒熱力學(xué)性能分析程序根據(jù)實(shí)際參數(shù)插值得到真實(shí)的徑向功率密度分布，采用這種方式的國(guó)際知名燃料棒熱力學(xué)性能分析程序有COPERNIC[1]等。但是COPERNIC等程序采用的中子學(xué)-熱力學(xué)分離方式適用于UO2燃料棒，對(duì)UO2-Gd2O3燃料棒和IFBA燃料棒不再適用。因此本文針對(duì)UO2燃料、UO2-Gd2O3燃料以及IFBA燃料棒對(duì)影響徑向功率密度分布的因素進(jìn)行了敏感性分析，以確定影響徑向功率密度分布的關(guān)鍵參數(shù)，并研究了各關(guān)鍵參數(shù)的影響數(shù)學(xué)模型，為形成同時(shí)適用于UO2燃料、UO2-Gd2O3燃料以及IFBA燃料棒的功率密度分布模型奠定基礎(chǔ)。

從徑向功率密度的計(jì)算公式可知，影響功率密度的參數(shù)有芯塊半徑、富集度、釓質(zhì)量百分比、燃耗、冷卻劑密度、燃料密度、燃料溫度等，若同時(shí)考慮所有這些變量會(huì)形成一維度很大的功率密度表，這對(duì)插值造成巨大的困難，影響程序的計(jì)算速度。因此需對(duì)這些變量進(jìn)行敏感性分析，提取對(duì)徑向功率密度影響較大的參數(shù)，舍去一些對(duì)徑向功率密度不敏感的參數(shù)，以提高計(jì)算精度同時(shí)提高計(jì)算的效率

1 影響功率密度分布因素敏感性分析

本文采用KYLIN-1[2]程序?qū)π緣K半徑、富集度、釓質(zhì)量百分比、ZrB2涂層、燃耗、冷卻劑密度、燃料密度、燃料溫度單獨(dú)進(jìn)行敏感性分析。具體的分析方法是，首先對(duì)每個(gè)變量選取基準(zhǔn)值，分析時(shí)將半徑劃分為等面積的20個(gè)環(huán)進(jìn)行計(jì)算，燃料溫度選取一個(gè)分布值進(jìn)行計(jì)算。 在對(duì)每個(gè)變量進(jìn)行分析時(shí)，其它參數(shù)保持基準(zhǔn)值，計(jì)算每個(gè)變量對(duì)徑向功率密度引起的變化。

經(jīng)分析燃耗、富集度、釓質(zhì)量百分比和燃料密度對(duì)徑向功率密度分布影響最大，燃耗因素影響最大偏差達(dá)42%，富集度最大偏差為10%，釓質(zhì)量百分比最大偏差為20%，燃料密度最大偏差為8%，距徑比和燃料溫度對(duì)徑向功率密度分布有一定影響，芯塊半徑對(duì)外圍的值影響較大，冷卻劑密度對(duì)徑向功率密度分布影響較小。

2 影響徑向功率密度關(guān)鍵參數(shù)影響數(shù)學(xué)模型

由于每個(gè)參數(shù)對(duì)徑向功率密度分布影響的方式不一致，因此需要研究各關(guān)鍵參數(shù)影響徑向功率密度密度的數(shù)學(xué)模型。經(jīng)敏感性分析可知，燃耗、富集度、釓質(zhì)量百分比和燃料密度對(duì)徑向功率密度分布影響較大，因此需要研究燃耗、富集度、釓質(zhì)量百分比和燃料密度的影響數(shù)學(xué)模型。

因此本文考慮由KYLIN-1程序計(jì)算多個(gè)平均燃料密度點(diǎn)的徑向功率密度分布，采用二次拉格朗日插值計(jì)算真實(shí)平均燃料密度的徑向功率密度分布，然后根據(jù)真實(shí)的燃料密度的徑向功率密度分布應(yīng)用上式進(jìn)行加權(quán)。方程（1）同樣適用于IFBA燃料棒。

3 結(jié)論

本文針對(duì)UO2燃料、UO2-Gd2O3燃料以及IFBA燃料棒，對(duì)影響徑向功率密度分布的參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，經(jīng)分析燃耗、富集度、釓質(zhì)量百分比和燃料密度對(duì)徑向功率密度分布影響較大，同時(shí)研究了各關(guān)鍵參數(shù)的影響數(shù)學(xué)模型，為為形成燃料棒熱力學(xué)性能分析軟件FUPAC徑向功率密度分布模型奠定基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]J.L.JACOUD，Ph.VESCO，DESCRIPTION AND QUALIFICATION OF THE COPERNIC/TRANSURANUS（UPDATE OF MAY 2000）FUEL ROD DESIGN CODE[R].2000.

[2]柴曉明，馬永強(qiáng)，王育威，等.堆芯中子學(xué)程序系統(tǒng)SARCS-4.0的開(kāi)發(fā)及初步驗(yàn)證[J].核動(dòng)力工程，2013，34（S1）.

[責(zé)任編輯：劉展]