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Coolant Channel Design for Additively Manufactured Reactor Cores

核工程 工程设计过程 冷却液 核反应堆 传热 反应堆设计 碳化硅 核反应堆堆芯 机械工程 核燃料 工艺工程 计算机科学 材料科学 工程类 物理 冶金 热力学
作者
Justin Weinmeister,Casey Jesse,Prashant Jain,Brian Ade,Danny Schappel
出处
期刊:Nuclear Science and Engineering [Taylor & Francis]
卷期号:196 (12): 1496-1516 被引量:1
标识
DOI:10.1080/00295639.2022.2096999
摘要

Additive manufacturing (AM) methods are currently being explored for applications in nuclear reactors to make advanced reactors more efficient, safe, and reliable. The Transformational Challenge Reactor (TCR) program has explored AM for nuclear by designing a high-temperature gas reactor (HTGR) using an AM silicon carbide fuel form with uranium nitride–tristructural isotropic fuel. This work details the design process for the TCR fuel form’s coolant channels using computational fluid dynamics models with conjugate heat transfer. Additionally, this work discusses how these models were interfaced with other design teams, project milestones, and the agile design method used to mature the reactor design. The methodology deployed was able to create a channel design with lower maximum fuel temperatures and thermal stresses in the fuel form over traditional channel designs that can be manufactured subtractively. These results were achieved with only small manufacturing penalties. Results are discussed and presented on lessons learned for designing AM components for nuclear reactors. Finally, areas of opportunity are discussed for advanced design tools to further automate design activities and optimize reactors with fewer built-in assumptions.

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