Veröffentlichungen und Präsentationen

球床式高温气冷堆球形燃料元件（SFE, Spherical Fuel Element）内弥散大量TRISO颗粒（体积份额约5%~10%[1]），传统的均匀化方法以固定等效物性描述燃料区，难以反映颗粒辐照性能演化；而采用直接模拟手段则造成计算成本难以接受[2]。本文基于以往的COMSOL Multiphysics与MATLAB在线耦合发展的双向混合模型[3,4]，在COMSOL Multiphysics中分别建立SFE二维模型、多个代表性含TRISO颗粒的周期性单胞（PMC, Periodic Mono-Cell Model）二维轴对称模型和相应的周期性单元体模型（RVE, Representative Volume Element Model）。研究了SFE对TRISO颗粒的相互作用并扩展了当前的双向混合模型，实现了代表性TRISO颗粒的SiC应力更新，通过Weibull模型评估了各分区对应的代表性TRISO颗粒破损概率。 以划分5区、典型HGR稳态工况（边界温度1000℃、平均功率密度3.22 MW/m³，有效满功率1000天）为例，由于等效热导率的下降，燃料元件峰值温度将由1332K升高到1362K。燃料元件基体对TRISO颗粒在径向上表现为压缩，其收缩速率随时间增加先增加后降低（图1）；而轴向上表现为拉伸，其拉伸速率随时间增加先降低后增加（图2）。越靠近燃料元件中心，两个方向上应变差异导致SiC层切向存在额外拉应力。在寿期末，各分区的SiC的切向应力达70.2、51.9、18.8、-25.8、-74.6MPa（图3），由Weibull模型计算的1~3区代表性颗粒SiC破损概率分别约为6.3E-08、5.6E-09、1.7E-12（图4）。本研究方法后续可推广至燃料事故瞬态分析。