俄科学家优化液体燃料反应堆热工况计算方法

7月9日，俄罗斯科学家及其国际同行开发出一种更适合计算未来液体燃料核反应堆热工况的方法。莫斯科物理技术学院新闻处表示，这项成果可帮助工程师更准确预测双流体反应堆在自然循环模式下的热状态，并为第四代双流体核反应堆应急冷却系统设计提供依据。

这类反应堆被认为是推动核燃料循环闭合的潜在技术路线之一。所谓闭式核燃料循环，简单说就是让铀资源得到再利用，同时减少放射性废物。研究团队关注的反应堆方案，不再使用传统固体燃料元件，而是计划采用液态铬铀合金作为燃料。这种熔体在专门回路中循环，并由另一组充满熔融铅的管道系统进行冷却。

与传统压水反应堆相比，这一路线有望将反应堆效率提高约三分之一，并支持连续燃料后处理。不过，液态核燃料的传热特性与水或空气明显不同，现有湍流模型并未充分覆盖这类情况，因此在工程设计前，必须先解决复杂的计算和验证问题。

莫斯科物理技术学院研究员康斯坦丁·谢尔盖延科解释说，关键不确定性在于，现有湍流模型是否适用于铀基液态金属。如果模型计算出的温度存在偏差，可能导致热负荷被低估，也可能让设计过于保守。对于反应堆安全系统来说，准确掌握温度分布十分关键。

研究人员建立了DFR实验反应堆的计算机模型，并借助超级计算机计算核燃料流经换热棒周围时的流量和温度。随后，他们将这些基准结果与两种湍流模型的预测进行对比：一种是相对复杂的RSM GBSL模型，另一种是较为简化的k-ω-SST模型。

计算结果显示，在这项任务中，k-ω-SST模型表现更好。研究团队还评估了该模型在不同建模参数下的预测精度。科学家认为，这将使反应堆设计人员未来能够在经过验证的条件下使用简化模型，在不依赖高成本超级计算机模拟的情况下，获得较为准确的温度预测。