基于MPS方法的UO2-Zr弥散型板状燃料元件化学消熔、高温熔化及熔融物迁徙行为机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11505134
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    陈荣华
  • 依托单位：
    西安交通大学
  • 学科分类：
    A2803.反应堆物理与技术
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

UO2-Zr Dispersion Plate-Type Fuel Element has a prospective applicability in research reactors and marine nuclear power reactors. The characteristics of its chemical dissolution, high temperature melting and melt relocation behavior are important and hot issues that need research emphasis in the realm of nuclear severe accident analysis. According to atomic diffusion theory, this study aims at developing a chemical dissolution model with unsteady atomic diffusion model based on the fundamental ideas of MPS method, in order to study the mechanism of the dissolution effects of Zr base melt on UO2 fuel particles and the ZrO2 layer on the cladding and the characteristics of the early failure of fuel elements during severe accidents. The free rigid body motion model, phase transition model, oxidation model, surface tension model and viscosity change model and implicit algorithm on viscous term in momentum conservative equation are introduced to improve MPS code. The melt mechanism of UO2-Zr Dispersion Plate-Type Fuel Element at high temperature and the dynamic characteristics and patterns of melt flow, spreading and solidification in coolant channels between fuel plates will be investigated by numerical study. This study is a basic research for developing UO2-Zr Dispersion Plate-Type Fuel Element, which not only has significant practical value and great scientific significance, but also lays the foundation of further application of MPS method in severe accident analysis.
UO2-Zr弥散型板状燃料元件在研究试验堆和船用核动力堆上具有广阔的应用前景，其化学消熔、高温熔化及熔融物迁徙行为机理是严重事故研究领域亟待解决的热点难点问题。本研究拟基于移动粒子半隐式(MPS)方法，依据原子扩散理论，借助原子非稳态扩散模型，开发化学消熔模型及MPS分析程序，旨在揭示严重事故过程中UO2-Zr弥散型板状燃料元件内Zr基体熔融物对UO2燃料微球及包壳上氧化锆层化学消熔机理及燃料元件早期失效特征；建立自由刚体运动模型、相变模型、氧化模型、表面张力模型、粘性变化模型及粘性项隐式算法，对MPS分析程序进行改进，通过模拟研究揭示UO2-Zr弥散型板状燃料元件高温熔化机理及熔融物在燃料板间冷却剂通道内流动、扩展和凝固行为的动态特性及规律。本研究是开发UO2-Zr弥散型板状燃料元件的基础性研究工作，具有重要的实用价值和科学意义，也将为MPS方法进一步应用于反应堆严重事故分析奠定基础。

结项摘要

UO2-Zr弥散型板状燃料元件作为一种具有广阔应用前景的新型燃料元件，对其在可能发生的堆芯熔化严重事故过程中的化学消熔、高温熔化及熔融物迁徙行为机理进行深入研究具有重要的实用价值和科学意义。本研究基于移动粒子半隐式（MPS）方法，对其压力梯度模型、拉普拉斯模型和压力泊松方程等基本模型进行了适应性改进，对计算过程中的自由表面和固壁面边界条件进行了修正，并在此基础上开发了基于原子非稳态扩散的共晶反应及化学消熔模型，设计完成了Pb-Sn共晶反应实验，采用Pb-Sn共晶反应实验数据对模型进行了验证，并应用开发的程序成功模拟分析了ZrO2-Zr及UO2-Zr反应堆真实材料消熔实验；基于锆水反应规律建立了氧化模型，分析了锆包壳外表面粒子与冷却剂通道内蒸汽的氧化释热反应；建立了刚体自由运动模型，设计了二维漏斗及钢球坍塌等实验对其进行了验证；建立了粒子相变模型，采用伍德合金熔化实验结果对模型进行了验证；基于表面自由能模型建立了固液、液液粒子相界面上的表面张力模型，采用方形液滴变形算例进行了模型验证；建立熔融物粘性变化模型分析粘性变化对熔融物迁徙行为的影响以及开发粘性项隐式算法提高MPS方法的计算速度。基于以上模型自主开发了UO2-Zr 弥散型板状燃料元件化学消熔、高温熔化与熔融物迁徙行为MPS分析程序，采用 CRIEPI开展的铅铋平板消熔实验对程序进行了验证。随后采用开发的MPS分析程序对UO2-Zr弥散型板状燃料元件的高温熔化行为进行模拟研究，揭示了弥散型板状燃料元件高温熔化过程的特征现象，并探究得到燃料包壳厚度、弥散体颗粒大小和边界条件对燃料高温熔化行为的影响规律。最后对熔融物在板状燃料元件冷却剂通道内的迁徙行为进行数值模拟研究，揭示了熔融物在通道内的流动、扩展和凝固堵塞行为的动态特性及规律。

项目成果

期刊论文数量（12）
专著数量（0）
科研奖励数量（4）
会议论文数量（12）
专利数量（2）
Numerical investigation of the fluid-solid mixture flow using the FOCUS code
使用 FOCUS 代码对液固混合物流动进行数值研究
  • DOI：
    10.1016/j.pnucene.2017.01.015
  • 发表时间：
    2017-05
  • 期刊：
    Progress in Nuclear Energy
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    Guo Kailun;Chen Ronghua;Li Yonglin;Qiu Suizheng;Su G.H.
  • 通讯作者：
    Su G.H.
Analysis of the dynamic pressure from ex-vessel steam explosion for pressurized water reactor
压水堆堆外蒸汽爆炸动压分析
  • DOI：
    10.1016/j.pnucene.2017.06.019
  • 发表时间：
    2017-09
  • 期刊：
    Progress in Nuclear Energy
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    Chen Ronghua;Li Chenxi;Wang Jun;Su Guanghui;Qiu Suizheng;Corradini M. L.
  • 通讯作者：
    Corradini M. L.
Analysis of KROTOS KS-2 and KS-4 steam explosion experiments with TEXAS-VI
使用 TEXAS-VI 分析 KROTOS KS-2 和 KS-4 蒸汽爆炸实验
  • DOI：
    10.1016/j.nucengdes.2016.09.018
  • 发表时间：
    2016-12
  • 期刊：
    Nuclear Engineering and Design
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Chen Ronghua;Wang Jun;Su Guanghui;Qiu Suizheng;Corradini M.L.
  • 通讯作者：
    Corradini M.L.
Numerical investigation on the dissolution kinetics of ZrO2 by molten zircaloy using MPS method
MPS法数值研究ZrO2在熔融锆合金中的溶解动力学
  • DOI：
    10.1016/j.nucengdes.2017.05.002
  • 发表时间：
    2017-08
  • 期刊：
    Nuclear Engineering and Design
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Chen Ronghua;Li Yonglin;Guo Kailun;Tian Wenxi;Qiu Suizheng;Su G.H.
  • 通讯作者：
    Su G.H.
An improved Multiphase Moving Particle Semi-implicit method in bubble rising simulations with large density ratios
大密度比气泡上升模拟中改进的多相运动粒子半隐式方法
  • DOI：
    10.1016/j.nucengdes.2018.10.006
  • 发表时间：
    2018-12
  • 期刊：
    Nuclear Engineering and Design
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Guo Kailun;Chen Ronghua;Qiu Suizheng;Tian Wenxi;Su Guanghui
  • 通讯作者：
    Su Guanghui

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  • 通讯作者：
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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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