孙 露 孙立成 阎昌琪

(哈尔滨工程大学核科学与技术学院 哈尔滨 150001)

熔盐堆具有固有安全性高、燃料循环特性灵活等特点，并能有效利用核资源和防止核扩散。熔盐堆由美国橡树岭国家实验室(ORNL)提出，并于1954年建成了第一个用于军用空间核动力研究的2.5 MW实验熔盐堆(ARE)，还建立了循环氟化熔盐系统的性能基准。1965–1969年，ORNL完成了10 MW 熔盐实验堆(MSRE)设计、建造并成功运行13000 h，此外，还研究了氟化锂/氟化铍熔盐、石墨慢化剂等的特性，证明了熔盐堆商业应用的可行性，完成了熔盐增殖堆(MSBR)的设计[1,2]。目前，我国已将熔盐堆作为新型反应堆的研发对象。

MSRE停堆后，系统将液态燃料盐排入排盐罐(Fuel drain tank)中，每个排盐罐均配置一套调节散热功率的余热排出系统，其关键部件是32根插入熔盐中的套管式换热元件(Bayonet cooling thimble)，系统通过套管内的循环冷却水将余热导出。因此，冷却套管内水循环和传热过程对于熔盐堆余热排出系统的性能起决定性作用。本文在充分了解MSRE余热排出系统工作原理基础上，研究气隙宽度和上升环腔(Steam riser)宽度等对 MSRE余热排出过程的影响，为我国研发熔盐堆提供技术参考。

图1 冷却套管局部示意图Fig.1 Schematics of the cooling thimble.

1 MSRE余热排出系统传热过程

为避免冷却套管因腐蚀破裂等事故引起高温熔盐与冷却水接触，将冷却套管插入至一个与熔盐直接接触的传热管中，形成了三个传热管套装在一起的结构。如图1所示，外管的外径和内径分别为d1和d2，中间套管外径和内径分别为d3和d4，熔盐温度为T1，外管的外壁和内壁温度分别为T2和T3，中间套管外壁和内壁温度分别为T4和T5。……