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Dynamic model uncertainty analysis and control system multi-objective optimization of space nuclear reactor
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作者 Run Luo Jun-Liang Wu +5 位作者 Xiao-Lie Wang Qi Wang Yu Zhou Hong-Tao Wan Jia-Hui Zhou Yan-Rong Wang 《Nuclear Science and Techniques》 2025年第7期135-156,共22页
Compared to other energy sources,nuclear reactors offer several advantages as a spacecraft power source,including compact size,high power density,and long operating life.These qualities make nuclear power an ideal ene... Compared to other energy sources,nuclear reactors offer several advantages as a spacecraft power source,including compact size,high power density,and long operating life.These qualities make nuclear power an ideal energy source for future deep space exploration.A whole system model of the space nuclear reactor consisting of the reactor neutron kinetics,reactivity control,reactor heat transfer,heat exchanger,and thermoelectric converter was developed.In addition,an electrical power control system was designed based on the developed dynamic model.The GRS method was used to quantitatively calculate the uncertainty of coupling parameters of the neutronics,thermal-hydraulics,and control system for the space reactor.The Spearman correlation coefficient was applied in the sensitivity analysis of system input parameters to output parameters.The calculation results showed that the uncertainty of the output parameters caused by coupling parameters had the most considerable variation,with a relative standard deviation<2.01%.Effective delayed neutron fraction was most sensitive to electrical power.To obtain optimal control performance,the non-dominated sorting genetic algorithm method was employed to optimize the controller parameters based on the uncertainty quantification calculation.Two typical transient simulations were conducted to test the adaptive ability of the optimized controller in the uncertainty dynamic system,including 100%full power(FP)to 90%FP step load reduction transient and 5%FP/min linear variable load transient.The results showed that,considering the influence of system uncertainty,the optimized controller could improve the response speed and load following accuracy of electrical power control,in which the effectiveness and superiority have been verified. 展开更多
关键词 space nuclear reactor Uncertainty quantification Control system optimization Sensitivity analysis
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Thermal–hydraulic analysis of space nuclear reactor TOPAZ-Ⅱ with modified RELAP5 被引量:5
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作者 Cheng-Long Wang Tian-Cai Liu +3 位作者 Si-Miao Tang Wen-Xi Tian Sui-Zheng Qiu Guang-Hui Su 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE CAS CSCD 2019年第1期121-131,共11页
With the advantages of high reliability, power density, and long life, nuclear power reactors have become a promising option for space power. In this study, the Reactor Excursion and Leak Analysis Program 5(RELAP5), w... With the advantages of high reliability, power density, and long life, nuclear power reactors have become a promising option for space power. In this study, the Reactor Excursion and Leak Analysis Program 5(RELAP5), with the implementation of sodium–potassium eutectic alloy(NaK-78) properties and heat transfer correlations, is adopted to analyze the thermal–hydraulic characteristics of the space nuclear reactor TOPAZ-Ⅱ.A RELAP5 model including thermionic fuel elements(TFEs), reactor core, radiator, coolant loop, and volume accumulator is established. The temperature reactivity feedback effects of the fuel, TFE emitter, TFE collector,moderator, and reactivity insertion effects of the control drums and safety drums are considered. To benchmark the integrated TOPAZ-Ⅱ system model, an electrical ground test of the fully integrated TOPAZ-Ⅱ system, the V-71 unit,is simulated and analyzed. The calculated coolant temperature and system pressure are in acceptable agreement with the experimental data for the maximum relative errors of 8 and 10%, respectively. The detailed thermal–hydraulic characteristics of TOPAZ-Ⅱ are then simulated and analyzed at the steady state. The calculation results agree well with the design values. The current work provides a solid foundation for space reactor design and transient analysis in the future. 展开更多
关键词 space nuclear reactor TOPAZ-Ⅱ Thermal–hydraulic analysis RELAP5 modification
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液态锂在棒束通道中流动换热数值模拟研究 被引量:1
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作者 刘硕 李文姝 +3 位作者 金钊 王成龙 张大林 秋穗正 《核技术》 北大核心 2025年第7期241-250,共10页
液态金属锂具有低密度、高热导率的优势,适用于太空环境下对堆芯进行冷却。本文以空间锂冷快堆的棒束通道为研究对象,利用数值模拟的方法分析液态金属锂在棒束通道内的流动换热特性。将努塞尔数(Nu)、压降作为关键参量,分析贝克莱数(Pe... 液态金属锂具有低密度、高热导率的优势,适用于太空环境下对堆芯进行冷却。本文以空间锂冷快堆的棒束通道为研究对象,利用数值模拟的方法分析液态金属锂在棒束通道内的流动换热特性。将努塞尔数(Nu)、压降作为关键参量,分析贝克莱数(Pe)和热流密度对液态锂的换热性能与压降影响。数值模拟结果表明:随着Pe逐渐增大,液态锂的换热性能逐渐增强,但同时流动过程中的压降也随之增大;热流密度的大小对液态锂的流动换热性能影响较小。该研究可为空间锂冷快堆的堆芯设计与安全分析提供参考。 展开更多
关键词 液态锂 棒束通道 流动换热 数值模拟 空间堆
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空间核动力燃料发展趋势与研究进展 被引量:1
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作者 吴学志 魏国良 +3 位作者 郭骁 屈哲昊 王轩 任劲如 《材料导报》 北大核心 2025年第5期109-114,共6页
空间核动力是未来实现深空探测和载物运输的关键技术之一,空间核动力具有工作寿命长、机动性能好和受太空环境影响小的特点,是空间环境中可提供能量的优质能源。核燃料是空间核动力反应堆的核心部件,处于长时、高温和强辐射的服役环境,... 空间核动力是未来实现深空探测和载物运输的关键技术之一,空间核动力具有工作寿命长、机动性能好和受太空环境影响小的特点,是空间环境中可提供能量的优质能源。核燃料是空间核动力反应堆的核心部件,处于长时、高温和强辐射的服役环境,是影响空间核反应堆能否高效稳定运行的关键材料,与传统压水堆UO_(2)燃料存在较大不同。本文综述了以空间核电源与核推进为代表的空间核动力反应堆燃料的发展趋势与研究进展,对比分析了不同空间核动力系统燃料体系的区别,从燃料设计、工艺制备、性能分析与服役评价等方面系统阐述了影响空间核动力燃料应用的关键问题,提出了未来我国空间核动力燃料的技术方向与研究重点,为我国先进空间核动力反应堆燃料的优化设计与性能提升提供支持。 展开更多
关键词 空间核动力 反应堆 燃料 核电源 核推进
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空间堆技术发展分析与展望
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作者 赵守智 解家春 +4 位作者 吕征 高峰 安伟健 侯丞 霍红磊 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第9期2084-2111,共28页
空间堆技术作为一种重要的空间能源技术,具有独特的优势,在空间领域具有广阔的应用前景。本文概述了空间核能的分类体系,介绍了各种空间电源及空间推进技术的特点及基本性能,分析了空间堆电源相较于其他电源的性能优势。简述了美俄在空... 空间堆技术作为一种重要的空间能源技术,具有独特的优势,在空间领域具有广阔的应用前景。本文概述了空间核能的分类体系,介绍了各种空间电源及空间推进技术的特点及基本性能,分析了空间堆电源相较于其他电源的性能优势。简述了美俄在空间堆电源及核热推进领域的发展历程。概括了各种空间堆电源及核热推进技术方案的特点及适用范围,结合具体案例,分析介绍了其技术方案及主要技术参数。对空间堆技术涉及的关键技术进行了详细分析,包括高温紧凑反应堆设计、高效率热电转换、辐射防护优化等。分析总结了空间堆技术的发展趋势,并对其在地球轨道空间、月面科研站、火星探测、木星系统探测、深远空探测及危险天体防御等领域的应用需求及前景进行了展望。空间堆技术在满足未来空间任务方面具有不可替代的作用,其持续发展将对人类开发太空资源、探索浩瀚宇宙产生深远影响。 展开更多
关键词 空间电源 空间核能 空间核动力 空间堆 空间堆电源 核热推进 核电推进
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空间核反应堆电源风险安全目标研究
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作者 胡文军 李世锐 +2 位作者 任丽霞 骆志平 刘森林 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第9期2042-2047,共6页
本文针对空间核反应堆电源(简称空间堆)在各阶段面临的安全风险特点,参考传统地面核设施安全目标的制定方法,研究适用于空间堆的安全目标体系。通过分析空间堆发射阶段的安全风险以及核电厂安全目标的制定过程及内涵,结合航天行业安全... 本文针对空间核反应堆电源(简称空间堆)在各阶段面临的安全风险特点,参考传统地面核设施安全目标的制定方法,研究适用于空间堆的安全目标体系。通过分析空间堆发射阶段的安全风险以及核电厂安全目标的制定过程及内涵,结合航天行业安全风险定量化数据,参考国际空间堆安全的相关法规标准,系统性地提出了“定性-定量-概率”3个层次的空间堆风险安全目标体系:定性安全目标要求保护地球生态圈免受明显辐照风险、对外层空间轨道无显著污染附加风险、对航天器无额外事故风险;定量安全目标限定设计基准事故对个人的最大有效剂量≤5 mSv,且空间堆故障导致航天器灾难性故障的风险需与其他电源相当;概率安全目标包括发射事故下意外临界条件概率小于10^(-3)、运行阶段因堆故障致航天器灾难性故障概率小于10^(-2)、运行阶段航天器解体概率小于10^(-5)。本文提出空间堆3个层次的风险安全目标体系,可系统性指导空间堆安全设计与风险评估,为空间堆安全标准制定提供理论支撑。 展开更多
关键词 空间核反应堆 风险 安全目标
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大功率气冷空间核反应堆电源技术研究
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作者 吉宇 孙俊 +5 位作者 郎明刚 姜百惠 杨小勇 刘飞标 朱安文 石磊 《中国空间科学技术(中英文)》 北大核心 2025年第6期35-45,共11页
百千瓦级及以上的大功率空间核反应堆电源具有能量密度大、自主性强、工作寿命长等优点,是未来开展载人星际探测、行星资源开发和高轨高分辨率对地观测等任务的理想电源。紧凑型气冷堆氦氙闭式布雷顿直接循环发电系统是大功率空间核反... 百千瓦级及以上的大功率空间核反应堆电源具有能量密度大、自主性强、工作寿命长等优点,是未来开展载人星际探测、行星资源开发和高轨高分辨率对地观测等任务的理想电源。紧凑型气冷堆氦氙闭式布雷顿直接循环发电系统是大功率空间核反应堆电源技术的优选方案之一。对该系统的组成和工作原理进行了说明,并结合中国高温气冷堆技术的研发历程和成果,介绍了包覆颗粒燃料、惰性气体工艺和气体透平循环发电技术等可能应用于气冷空间核反应堆电源的技术基础。结合空间应用的特殊场景,梳理了大功率气冷空间核反应堆电源所面临的主要挑战和重要问题,并对研发中所涉及到的关键技术进行了分析,总结归纳了主要的研究角度和思路。在此基础上,提出了初步的思考和建议,为大功率气冷空间核反应堆电源的研制提供一些参考。 展开更多
关键词 空间核反应堆电源 高温气冷堆 包覆颗粒燃料 闭式布雷顿循环 关键技术 大功率
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Analytical Studies on Thermal-Hydraulic Parameters of Fast Reactor Taking into Account Effect of Inter-wrapper Space
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作者 Shvetsov Yury Evgenyevich Kouznetsov Igor Alekseevich 《材料科学与工程(中英文B版)》 2011年第7期938-946,共9页
关键词 热工水力 水力参数 空间造型 包装 快中子反应堆 快堆 户间 余热排出系统
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空间热环境对空间反应堆电源系统SP-100正常运行的影响 被引量:1
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作者 黄金露 王成龙 +4 位作者 刘天才 郭春秋 田文喜 苏光辉 秋穗正 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第2期327-336,共10页
空间反应堆电源从地球发射到在轨运行期间,处于复杂的空间热环境中,主要包括来自太阳的直接照射、地球反照和地球红外照射等。本文以SP-100堆芯-斯特林能量转换型空间反应堆电源系统为研究对象,借助热分析软件Thermal Desktop的SINDA/FL... 空间反应堆电源从地球发射到在轨运行期间,处于复杂的空间热环境中,主要包括来自太阳的直接照射、地球反照和地球红外照射等。本文以SP-100堆芯-斯特林能量转换型空间反应堆电源系统为研究对象,借助热分析软件Thermal Desktop的SINDA/FLUINT和RadCAD模块开展了空间反应堆电源在轨运行期间的热分析计算,研究了空间热环境对空间反应堆电源正常运行的影响。根据空间反应堆电源轨道平面β角和轨道高度,确定电源在轨期间最热和最冷工况并开展热分析计算。结果表明,SP-100反应堆电源系统在轨满功率运行期间,温度随时间周期性变化,高温的一回路锂冷却温度随轨道周期波动变化较小,几乎无温差,而低温的二回路锂冷却剂温度随轨道周期波动变化较大,周期内辐射器进出口管道最大温差达25 K。空间热环境对空间反应堆电源温度的影响还同电源的轨道平面β角、轨道高度和轨道姿态有关。所以,需确定空间反应堆电源的轨道运行参数及姿态,以确保空间反应堆电源各部件都运行在可接受的温度以内,保障电源的运行安全。 展开更多
关键词 空间反应堆电源 空间热环境 Thermal Desktop 轨道运行参数
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空间废水生物处理试验系统的构建与性能研究
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作者 张良长 樊浩楠 +3 位作者 杨京松 毛瑞鑫 陈琳 李英斌 《航天医学与医学工程》 2025年第1期21-26,共6页
目的针对废水生物处理技术应用于空间条件下的瓶颈问题,构建空间废水生物处理试验系统并考察试验系统生化性能,为空间废水生物处理提供技术支撑。方法构建基于膜曝气生物膜反应器(MABR)工艺的空间废水生物处理试验系统,并通过77 d连续... 目的针对废水生物处理技术应用于空间条件下的瓶颈问题,构建空间废水生物处理试验系统并考察试验系统生化性能,为空间废水生物处理提供技术支撑。方法构建基于膜曝气生物膜反应器(MABR)工艺的空间废水生物处理试验系统,并通过77 d连续流试验,研究聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)膜组件处理模拟空气冷凝水的生化性能。结果两个膜组件平均总有机碳(TOC)去除率均能维持在90%以上,具备良好的有机物去除能力;空气源供氧模式下氨氧化能力较低,而在氧气源无泡供氧模式下,能同步获得90%以上的氨氧化率和总氮去除率,表现出良好的同步硝化和反硝化性能;PP膜组件中氮素转化功能菌群丰度高于PVDF膜组件,具备更优的氮素转化性能。结论废水生物处理试验系统能较好地适应空气冷凝水的处理,为空间废水处理提供了新的技术途径。 展开更多
关键词 环控生保 生物处理 水处理 膜曝气生物膜 空间废水
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TOPAZ-II反应堆控制系统设计验证方案的研究
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作者 张媛媛 贾玉文 张玮瑛 《自动化仪表》 2025年第6期92-96,102,共6页
TOPAZ-II是空间核动力反应堆的代表。针对TOPAZ-II型号自动调节系统的功能要求、架构设计、控制策略及指标要求,研究了反应堆控制系统设计验证方案。自动调节系统设计过程包括需求分析、方案设计、软硬件集成等多个阶段。分析了各阶段... TOPAZ-II是空间核动力反应堆的代表。针对TOPAZ-II型号自动调节系统的功能要求、架构设计、控制策略及指标要求,研究了反应堆控制系统设计验证方案。自动调节系统设计过程包括需求分析、方案设计、软硬件集成等多个阶段。分析了各阶段的验证范围、验证目标、参试设备、指标要求等影响因素。明确了包括高精度仿真、实时数据采集与分析等在内的设计验证平台的功能需求,并确定了主要参试设备的性能指标。通过构建虚拟验证环境,可实现对控制系统性能的早期评估与优化,为后续开展空间核动力反应堆控制系统设计验证提供了技术手段。该研究可有效提高系统设计的可靠性、加速研发进程、降低研发成本。 展开更多
关键词 空间核动力反应堆 TOPAZ-II 控制系统 全数字仿真 半实物仿真 快速控制原型 设计验证平台
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基于燃料移动机制的空间熔盐堆非能动反应性控制研究
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作者 张乃文 凡玉涵 +3 位作者 严睿 陈亮 徐鸿辉 戴叶 《核技术》 北大核心 2025年第11期128-139,共12页
空间熔盐堆运行过程中,反应性控制起到十分重要的作用,目前陆地上常采用的主动反应性控制方式存在出现故障的概率等问题。空间熔盐堆需要一种非能动反应性控制方式,在无需外源及人为操控情况下,对反应性实施自动控制,降低事故发生风险... 空间熔盐堆运行过程中,反应性控制起到十分重要的作用,目前陆地上常采用的主动反应性控制方式存在出现故障的概率等问题。空间熔盐堆需要一种非能动反应性控制方式,在无需外源及人为操控情况下,对反应性实施自动控制,降低事故发生风险。本文针对热管式液态燃料空间熔盐堆,利用液态燃料的热胀冷缩机制,当堆芯处在正常运行工况下温度发生变化时,提出并设计一种液态燃料移出移入非能动反应性控制系统(Liquid Fuel in/out Transfer in a Passive Reactivity Control System,LFT-PRCS),并对含有该系统的堆芯进行在正常运行工况下物理特性分析,以及该系统结构参数与反应性补偿能力分析。结果表明:正常运行工况下,含有LFT-PRCS的堆芯具有更负的反应性,且堆芯物理特性未发生明显变化;LFT-PRCS中毛细管道较佳结构参数为:高度为10 cm、内层半径为0.2 cm、外层半径为0.4 cm;LFT-PRCS在寿期初、寿期末温度发生2 K波动时,可向堆芯引入约20 pcm的反应性。上述结果表明,LFT-PRCS可提高堆芯固有安全性,一定程度上补偿燃耗造成的反应性损失。 展开更多
关键词 空间堆 热管式液态燃料熔盐堆 非能动反应性控制系统
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国外空间核反应堆地面试验能力进展综述
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作者 赵丰鹏 林柯 +4 位作者 魏强 李继承 范宣华 陈军红 胡文军 《装备环境工程》 2025年第1期152-169,共18页
针对国外空间核反应堆的发展历程、地面试验以及地面试验设施等进行详细调研,涵盖非核试验和涉核试验等方面,系统总结了国外空间核反应堆的地面试验能力,并给出该领域今后相关研究的展望和建议。相关工作总结可为国内空间核反应堆地面... 针对国外空间核反应堆的发展历程、地面试验以及地面试验设施等进行详细调研,涵盖非核试验和涉核试验等方面,系统总结了国外空间核反应堆的地面试验能力,并给出该领域今后相关研究的展望和建议。相关工作总结可为国内空间核反应堆地面试验能力建设提供参考。 展开更多
关键词 空间核反应堆 发展历程 地面试验 试验内容 试验流程 试验设施
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燃料空间分离效应对锂冷快堆产氦行为影响研究
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作者 王悦 魏滨 +3 位作者 王金成 张文超 孙建闯 蔡伟华 《核动力工程》 北大核心 2025年第5期12-21,共10页
液态锂被广泛应用于空间快堆的金属冷却剂,其具有较小的中子吸收截面、较低的密度和更好的热物理性能,可减小堆芯质量并提高传热效率。然而,在中子辐照条件下,锂与中子反应会产生氦气,氦气的聚集会增加相应区域的热阻,降低系统设备的传... 液态锂被广泛应用于空间快堆的金属冷却剂,其具有较小的中子吸收截面、较低的密度和更好的热物理性能,可减小堆芯质量并提高传热效率。然而,在中子辐照条件下,锂与中子反应会产生氦气,氦气的聚集会增加相应区域的热阻,降低系统设备的传热效率。文中利用蒙特卡罗程序OpenMC对3种不同燃料空间分离度的锂冷快堆设计模型展开产氦计算,分析燃料空间分离度对堆芯产氦行为的影响。计算堆芯氦气总产量、液态锂与中子发生的不同核反应的产氦能力和不同7Li富集度下的产氦量,并实现堆芯内产氦量的精确计算。关注产氦量随堆芯燃耗的变化,结果表明,燃料空间分离度越大,堆芯内的产氦量越大;提高7Li富集度可显著降低产氦量,富集度从95%增加到99%时,产氦量最大可降低68.76%;冷却剂通道内各子区域内的产氦量几乎相同。本研究有助于锂冷快堆的发展和应用。 展开更多
关键词 锂冷快堆 辐照产氦 空间分离效应 OpenMC
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太阳系边际探测任务关键技术分析
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作者 卫东华 唐玉华 +6 位作者 苏俊辰 宋昱岐 陈晓 张天柱 陈建岳 韩承志 杨忠炜 《航天器工程》 北大核心 2025年第5期10-17,共8页
围绕太阳系边际探测任务飞行距离极远,飞行时间极长,环境条件不确定,自主运行要求高等特点,文章从任务总体设计、探测器平台设计和深空能源方面梳理了太阳系边际探测任务的关键技术需求,对复杂轨道优化设计、长期自主运行与管理、超长... 围绕太阳系边际探测任务飞行距离极远,飞行时间极长,环境条件不确定,自主运行要求高等特点,文章从任务总体设计、探测器平台设计和深空能源方面梳理了太阳系边际探测任务的关键技术需求,对复杂轨道优化设计、长期自主运行与管理、超长伸展机构与大挠性航天器控制、高可靠长寿命设计、超远距离测控通信、空间核反应堆和核动力航天器总装集成与综合试验验证等关键技术的攻关途径进行了分析,可为我国太阳系边际探测任务的实施提供参考。 展开更多
关键词 太阳系边际 深空探测 空间核反应堆 超远距离测控通信
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分布式LEGO空间热管堆的热工安全分析
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作者 吴嘉雯 李宇希 +2 位作者 张彪 李健 许传龙 《节能技术》 2025年第5期394-399,448,共7页
热管反应堆因其高固有安全性、模块化和可扩展性,能够为太空探索提供长期可靠的电源,成为热门的空间核反应堆堆型。本研究旨在通过模拟分析,评估分布式LEGO空间热管堆的热工安全特性,并为该堆型的设计改进提供理论依据。利用蒙特卡洛软... 热管反应堆因其高固有安全性、模块化和可扩展性,能够为太空探索提供长期可靠的电源,成为热门的空间核反应堆堆型。本研究旨在通过模拟分析,评估分布式LEGO空间热管堆的热工安全特性,并为该堆型的设计改进提供理论依据。利用蒙特卡洛软件MCNP和Ansys Workbench平台,建立了LEGO反应堆群的堆芯物理模型、热管传热模型和堆芯导热模型,结合APDL命令流进行全堆芯的三维核热计算,针对分布式LEGO空间热管堆堆芯稳态和热管失效工况热工特性展开模拟研究,为该堆型的固有安全特性评价和设计改进提供依据。结果表明:堆芯稳态运行和单根热管失效事故时,各层材料温度具有足够的安全裕度,该堆具有良好的安全性;热管发生串级失效时,基体温度超过了安全限值,建议通过燃料分区布置和增加燃料棒间距优化堆型设计以增加固有安全性。 展开更多
关键词 空间热管反应堆 LEGO 堆芯物理 热工安全分析 热管失效事故
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兆瓦级空间核电源总体设计与系统分析程序开发
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作者 姜百惠 吉宇 +1 位作者 孙俊 石磊 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第10期2200-2211,共12页
由于循环效率高、发电功率大、不依赖太阳光照等优势,气冷堆与布雷顿循环相结合的空间核电源系统是兆瓦级航天动力的优选技术。我国兆瓦级空间核电源的设计研发仍处于起步阶段,对于能量转换效率和总质量等性能影响因素的理解尚不深入,... 由于循环效率高、发电功率大、不依赖太阳光照等优势,气冷堆与布雷顿循环相结合的空间核电源系统是兆瓦级航天动力的优选技术。我国兆瓦级空间核电源的设计研发仍处于起步阶段,对于能量转换效率和总质量等性能影响因素的理解尚不深入,同时安全评价、运行控制等分析也亟待提高。本文提出了高效率的分系统质量精细化计算模型,开发了一体化设计优化程序Megrez,并改进了系统分析程序RELAP5。结果表明,Megrez计算热力学循环参数的最大相对误差低于1.1%,系统总质量估算相对误差为2.1%;改进后的RELAP5能够准确模拟空间核电源系统的瞬态特性,关键参数计算相对误差小于3%,且与JIMO项目参考案例的变化趋势一致。本文程序可为兆瓦级空间核电源设计优化与安全运行提供工具支撑。 展开更多
关键词 空间核电源系统 气冷堆 总体设计优化 瞬态特性分析 程序开发
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40 kW星表双鼓控制液态熔盐堆设计:中子学设计与双鼓价值分析
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作者 庄乃亮 宋永念 +1 位作者 尹政达 赵行斌 《核动力工程》 北大核心 2025年第S1期207-212,共6页
核裂变反应堆热源(电源)由于没有对日定向需求、受太空环境影响小、功率大且可大幅度调节等诸多优点,有望应用于未来深空探索、星表科考站、星际航行等领域。本文在第四代核反应堆技术-熔盐堆的基础上,提出了一种以液态熔融盐作为核燃... 核裂变反应堆热源(电源)由于没有对日定向需求、受太空环境影响小、功率大且可大幅度调节等诸多优点,有望应用于未来深空探索、星表科考站、星际航行等领域。本文在第四代核反应堆技术-熔盐堆的基础上,提出了一种以液态熔融盐作为核燃料与热管冷却的40 kW空间液态熔盐堆的概念设计,并提出采用控制鼓(调节功率)和安全鼓(紧急停堆)双鼓结合的创新型反应堆反应性控制方案。建立了液态熔盐空间核反应堆物理模型并基于蒙特卡罗程序MCNP和RMC分析获得了堆芯中子能谱、中子通量密度分布、温度效应以及燃耗深度等关键堆芯物理特性,并开展了控制鼓转角对反应性影响以及事故工况下部分双鼓失效下反应性的控制与堆芯安全分析。研究结果表明:本文所设计的40 kW空间液态熔盐堆可实现满功率运行10 a,控制鼓布置能够满足部分控制鼓或安全鼓失效下的堆芯安全要求。本研究可为空间液态熔盐堆的控制方案提供设计参考。 展开更多
关键词 空间堆 液态熔盐堆 控制鼓 安全鼓
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氦/氙混合比例对布雷顿循环系统动态特性的影响分析
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作者 刘涛 张岩 +2 位作者 冷宇洋 宋美慧 陈伟雄 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第9期220-232,共13页
针对空间气冷堆耦合氦氙布雷顿循环系统运行过程中,因工质泄漏或充气不均匀引发的工质混合比例偏离设计值,进而影响系统的安全性以及稳定性的问题,基于Simulink平台,搭建了涵盖气冷堆堆芯、透平、压缩机、回热器、冷却器以及散热器的空... 针对空间气冷堆耦合氦氙布雷顿循环系统运行过程中,因工质泄漏或充气不均匀引发的工质混合比例偏离设计值,进而影响系统的安全性以及稳定性的问题,基于Simulink平台,搭建了涵盖气冷堆堆芯、透平、压缩机、回热器、冷却器以及散热器的空间气冷堆耦合氦氙布雷顿循环系统动态模型,通过设定不同的氦气与氙气混合工质的摩尔质量(50±5) g/mol,模拟了外部反应性阶跃扰动下循环系统关键参数的动态响应特性。结果表明:当工质摩尔质量偏离至45 g/mol时,系统循环效率下降1.4%,堆内平均对流换热系数提高12.9%,面临反应性阶跃,系统的响应时间相较于设计混合比下缩短6.8%;而工质摩尔质量偏离至55 g/mol时,循环效率上升了0.78%,堆内平均对流换热系数下降16.8%,系统的响应时间延长了4.9%。研究结果可为空间核动力系统的安全运行以及控制策略提供参考。 展开更多
关键词 空间气冷堆 布雷顿循环 动态特性
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基于斯特林循环的空间核电源控制策略研究
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作者 韩宇航 张经伟 +2 位作者 徐海天 贺嘉琪 魏新宇 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第11期2554-2563,共10页
空间核电源具有功率密度高、寿命长等优点,已经逐渐成为未来太空能源的主要发展方向。精准迅速的负荷跟踪响应能力和良好的抗干扰能力可使空间核电源应对不同环境条件下的使用需求。本文对锂冷快堆耦合斯特林循环的空间核电源进行建模仿... 空间核电源具有功率密度高、寿命长等优点,已经逐渐成为未来太空能源的主要发展方向。精准迅速的负荷跟踪响应能力和良好的抗干扰能力可使空间核电源应对不同环境条件下的使用需求。本文对锂冷快堆耦合斯特林循环的空间核电源进行建模仿真,基于PID控制方法,设计了电功率偏差控制、冷却剂平均温度偏差控制、反应堆功率偏差控制和三通道控制4种控制策略,并基于建立的仿真平台进行了分析和评价。结果表明,对于负荷跟踪的工况,电功率偏差控制是较好的控制策略;对于一回路反应性扰动的工况和流量扰动的工况,反应堆功率偏差控制是较好的控制策略。本文研究结果可为基于斯特林循环的空间核电源的研究提供参考。 展开更多
关键词 空间核电源 斯特林发电机:锂冷快堆:PID控制 反应性控制
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