03.02 什么是核反应堆自然循环能力?

白衍丨苍苍


核反应堆自然循环能力是核反应堆冷却剂自然循环流动时由堆芯导出热量的能力,是舰船核动力装置的重要性能指标。以反应堆额定输出功率的百分数表示。

在核反应堆冷却剂系统中,冷却剂从下部流入堆芯,在堆芯中被燃料元件产生的热能加热,向上流出堆芯,进入蒸汽发生器,在蒸汽发生器中被冷却后再回到堆芯,完成一个流动循环。在核动力装置正常运行时,冷却剂的循环流动通常是由反应堆冷却剂泵(主泵)驱动的,称为强迫循环流动。自然循环流动则不需要泵驱动,而是利用冷、热流体之间的密度差在重力的作用下产生的驱动压头,使流体在反应堆一回路中形成循环流动。自然循环能力主要取决于反应堆及其冷却剂系统中自然循环流量和堆芯径向功率分布。自然循环流量主要与反应堆及其冷却剂系统的几何结构和布置、反应堆和蒸汽发生器的运行参数、堆芯轴向功率分布有关。回路中冷、热源(即蒸汽发生器与反应堆芯)高度差和冷、热流体之间的密度差越大,形状阻力和摩擦阻力越小,则自然循环流量越大,冷却燃料元件的能力越强;在保证堆芯不发生传热烧毁和流动不稳定性的条件下,反应堆能够输出的功率就越大。在相同的自然循环流量下,堆芯径向功率分布越均匀,能够输出的功率越大。在反应堆设计中确定其自然循环能力的大小,不仅要考虑稳定运行时反应堆能够输出的最大功率,还要考虑各种可能的参数波动的影响。

采用具有较高自然循环能力的反应堆可在舰船中、低速航行时,关闭主泵,从而降低其自身噪声;还能在供电系统或主泵发生故障时,依靠自然循环冷却堆芯,带出剩余释热,提高反应堆的安全性。


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