一种热管熔盐堆塔式温差发电系统设计及分析

• Published in: 核技术 Vol. 46; no. 7; pp. 85 - 94
• Main Authors: 张磊, 陈兴伟, 戴叶, 邹杨
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800 01-07-2023; 中国科学院大学 北京 100049%中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800
• Subjects: Thermoelectric power generation; 熔盐堆; 能源; Energy; Heat pipe; 传热模拟; 温差发电; 热管; Molten salt reactor; Heat transfer simulation
• DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.070601
• ISSN: 0253-3219

TL3%TK172.4; 熔盐堆作为第四代先进反应堆的重要堆型之一,以高沸点熔盐为核燃料熔融载体,具有高温输出、常压操作等特点.而基于温差发电的热管熔盐堆,兼具了熔盐堆、热管和温差发电的优势,具有输出温度高、热电转换效率高、结构简单及安全可靠等优点,在能源系统领域具有极大的优势,是外太空及深海探测任务的理想能源.但因堆芯熔盐低热导率而形成的热管密集排布给热管冷凝段的温差发电传热设计带来了难题.针对该堆型设计需求,本文提出适于熔盐堆的热管-温差发电耦合系统结构并进行了传热分析.堆芯热管冷凝段采用塔式温差发电系统结构设计,整体热端座与堆芯热管冷凝端相配合,形成从下至上的第1层至第N层热段套;冷端座套置于热端座外,内设冷端热管通道;热端座的外侧壁与冷端座的内侧壁之间贴有温差发电片,发电片间隙采用保温棉减少漏热.采用Ansys Workbench开展了适于热管熔盐堆的4层塔式温差发电系统传热仿真模拟,分析表明:系统运行的高温热管最高温度为696℃时,整体塔座温度分布均匀,热量有效利用率大于96%,系统漏热量小于4%,发电片两侧温差大于490℃,利于提高热电转换效率,设计具有可行性,有利于推动温差发电在热管熔盐堆中的应用.