采用板状燃料元件方式组成的堆芯,传热面积大,换热效率高,具有更为紧凑的堆芯结构,可大幅提高堆芯的功率体积比,能够在较小的堆芯体积内,实现更大的功率输出,因而被广泛应用于各类研究堆甚至舰艇用动力堆中。堆芯内,燃料板彼此平行布置,板与板之间为狭窄的矩形通道,供冷却剂流过。各流道间不相互连通,因而没有冷却剂的横向交混流动。在某些情况下(外来异物进入堆芯,燃料板由于辐照、机械应力等发生肿胀、弯曲等),就会发生流道堵塞事故。堵流事故下,通过该堵塞流道的冷却剂流量会快速减少,燃料板开始丧失冷却并迅速升温。若流道的堵塞较为严重,堵塞流道内的冷却剂会发生沸腾,产生大量蒸汽,并可能发生偏离泡核沸腾工况,威胁燃料的完整性。由于目前并没有专门针对流道堵塞事故的实时监测与缓解措施,且一般都是采用低功率停堆、放射性测量等方法进行间接监测,因此当通过间接手段判断发生了流道堵塞时,堆芯内的燃料可能已经受损,无法对事故实施及时、有效的缓解。另外,当流道的堵塞率较低时,事故并不会对冷却剂流动与传热造成显著影响,由于无法被立即检测出来,该事故就会长期存在,这就使事故叠加变得可能。根据不同的事故情况,本课题将流道堵塞分为单流道堵塞,堵塞事故叠加与燃料组件堵塞三种不同情况。以JRR-3M20MW大型池式研究堆为分析对象,采用系统分析程序RELAP5/MOD3.4与流体力学程序FLUENT,分别对单流道堵塞、堵塞事故叠加全部失流、燃料组件堵塞展开系统与局部两个尺度的流动与传热特性研究。首先采用系统分析程序RELAP5/MOD3.4对JRR-3M反应堆的主冷却剂系统进行详细建模,并建立合适的堆芯多通道模型,完成对单流道堵塞及事故叠加问题的分析;针对燃料组件堵塞问题,进一步采用FLUENT程序,对燃料组件进行三维建模,进行RELAP5与FLUENT程序间的单向耦合分析,详细讨论堵塞组件内各流动子通道与燃料板间的流动传热特性。计算结果表明:事故后果与堵塞程度和功率密度分布有密切关系。堵塞程度越高,燃料功率密度值越大,引起的事故后果也会更加严重。具体地,当发生了单流道堵塞,堵塞率达到60%时,堆芯内最小偏离泡核沸腾比(MDNBR)将会达到允许的极限值].5,若进一步增加流道的堵塞程度,堵塞流道内将会发生偏离泡核沸腾,恶化迅速传热。而即使该流道被完全堵塞,堵塞燃料板的热量也能被相邻一侧流道的冷却剂带走,燃料板不会发生熔化。但是在该极端条件下,燃料板会经受较强的热应力与压应力作用,长期情况下,可能会对燃料板造成机械损伤;选取全部失流事故进行事故叠加模拟时,发现发生流道堵塞叠加失流事故时,事故工况将变得更加严重,允许的极限堵塞率(MDNBR等于1.5)也将降至50%。之后,失流事故触发的一回路低流量紧急停堆操作,能够使事故得到明显缓解。整个过程中,燃料板温度远低于允许的安全限值,燃料也不会发生熔毁。在之后的自然循环过程中,堆芯温度将会再次经历短暂的上升过程,待建立起稳定的自然循环后,堆芯便能保持在安全的准稳态工况;选取堆芯中功率最大的一盒标准燃料组件作为堵塞组件,进行组件堵塞模拟。计算发现,对于组件堵塞问题,事故后果与功率分布有着密切的关系,因此需要详细考虑功率密度在组件内的不均匀分布。当堵塞率为64%时,组件内最热子通道中的冷却剂出口温度将会接近饱和温度,若堵塞程度持续增加,组件内流动的冷却剂将会发生沸腾,产生的蒸汽会对冷却剂的流动与燃料板间的传热产生明显的影响。因此为保证堆芯的安全,应保证堆芯内的冷却剂能够始终处于过冷状态。若组件完全堵塞,堵塞组件内的燃料板也会因为丧失冷却而最终熔化。但是需要注意的是,当组件的堵塞程度很高时,FLUENT程序已经不再适用,要得到该极端事故下堵塞组件内的真实流动传热情况,还需要进行单独的热工水力实验。