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摘要
小型热管反应堆电源技术具有续航久、结构紧凑、环境适应性强、固有安全性高等优势，可以适配于多种领域。本文以双模式热管堆非核原理样机NUSTER2.0为对象，在COMSOL中建立高温热管、温差发电装置及斯特林装置理论模型并耦合形成系统模型，对样机运行特性及力学特性进行数值仿真研究。15 kW加热功率稳态工况下，仿真结果与实验结果的热管温度分布及动、静态模块主要运行参数均吻合良好，最大相对误差为6.73%,初步验证了模型可靠性。变功率仿真结果确定了斯特林撞杆阈值为16.5 kW,并预估静态模块在25 kW附近达到效率峰值。系统启动瞬态仿真得到了“3-5-10-15 kW”阶梯式功率平台下的样机启动特性，并提出了样机启动策略。系统热力耦合稳态工况确定了样机应力危险区，并求得15 kW工况中堆芯热膨胀率为1.21%,热管-堆芯基体和热管-集热基体耦合处的最大应力分别为160 MPa和97 MPa。本文为NUSTER2.0样机的特性研究和实验设计提供了数值分析基础。
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