用于核电余热高效回收的梯级相变填充床储热系统优化设计

摘要

针对铅铋堆核电系统在事故工况下余热管理的难题，提出了一种基于相变填充床储热技术（PLTES）的余热管理方法。通过建立受出口阈值温度约束的PLTES数值模型，分析了不同层级中相变材料（PCM）熔点与填充比例对单级与梯级PLTES系统热性能的影响规律。研究结果表明，在单级PLTES系统中，无论采用高熔点还是低熔点PCM,均难以充分发掘PCM的显热与潜热潜能，导致系统容量利用率的最高值η_ma仅能达到74.17%。相比之下，采用梯级相变的PLTES系统的研究结果表明，通过在系统底层配置熔点低于红外探测阈值温度的PCM,并在顶层使用熔点高于放热出口阈值温度的PCM,可以在确保排放温度与环境温度相近的同时，显著提升系统的储能密度。通过精细调控顶层、中间层、底层PCM的无量纲熔点至0.480、0.260、0.012,并设定填充比例为0.52、0.44、0.04,优化后的梯级PLTES系统实现了高达97.9%的PCM固液相变参与率，并使得η_ma达到了87.22%。该研究为相变填充床储热在核电余热高效回收领域的应用提供了参考。

关键词

填充床储热 / 铅铋堆核电系统 / 余热管理 / 梯级相变 / 容量利用率

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52306273); 中国科协第九届青年人才托举工程资助项目(2023QNRC001)