海洋条件下多自然循环回路耦合瞬态响应特性研究

发布时间：2020-07-20 18:28

【摘要】：船用核动力装置远离陆地,在事故状况下缺乏充足的外部支持,非能动安全技术可显著提高船用核动力装置的固有安全性。非能动余热排出系统和反应堆一、二回路系统在事故工况下处于多自然循环回路耦合状态,回路间各因素相互影响,有明显反馈效应,此外海洋条件的影响具有强烈的多因素耦合以及非线性特征,进而造成海洋条件下多回路自然循环余热排出系统的响应特性极为复杂。因此本文采用实验与数值计算相结合的方法,对海洋条件下多自然循环回路耦合瞬态响应特性开展了研究。本文基于研究海洋条件影响所需的两套坐标系,给出了海洋条件建模所需的旋转坐标矩阵,确定了非惯性系中的动量守恒方程。梳理了海洋条件下RELAP5程序二次开发的基本思路。将海洋条件数学模型、附加惯性力模型与RELAP5系统内部模型相结合。初步完成了RELAP5程序的二次开发。以去离子水为工质,开展了摇摆条件下单回路实验系统和静态多回路实验系统的单相自然循环流量、温度波动特性的实验研究,并利用二次开发的RELAP5系统程序对系统进行了仿真研究。对比分析后表明,计算结果与实验数据符合度较高。可以认为二次开发后的RELAP5程序能够用于对海洋条件下低压自然循环系统内的单相流动的模拟计算。在此基础上,开展了双回路自然循环系统在额定功率运行工况和功率跃升工况下受倾斜、起伏、摇摆运动条件的影响情况数值模拟研究。数值模拟结果表明:在额定功率运行工况下,横摇运动会造成一、二回路流量及换热量的剧烈波动。纵摇运动对系统额定功率运行时各个参数的影响基本可以忽略。起伏运动会造成系统一、二回路流量及换热量的波动,但对系统压力和各个进出口温度的影响不大。在功率阶跃上升的工况下,在横倾工况中,系统各个参数的响应时间随着冷热源高差增加而减小。纵倾条件对于本文中所涉及的双回路自然循环系统响应特性的影响基本可以忽略。在本文计算所涉及的起伏条件下,双回路自然循环系统中各个参数的响应时间均不会受到影响。横摇20°/0.05工况和横摇15°/0.05工况的响应时间与静态工况基本相同,但流量振荡较为剧烈的横摇15°/0.1工况对于功率阶跃的响应时间明显要小于静态工况和其他横摇工况的响应时间。纵摇运动对双回路自然循环系统响应时间的影响基本可以忽略不计。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.15
【图文】：

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图 1.1 SMART 一体化反应堆二次侧非能动余热排出系统示意一种提出一种以大气作为最终冷源借助中间水箱过渡的统由三个回路耦合而成。使用系统分析程序（RELAP5堆停堆后非能动余热排出系统运行过程开展模拟研究。动余热排出系统中冷却剂的自然循环流动，可实现反应。]以AC-600二次侧非能动堆芯余热排出系统为原型，依据空气为最终冷源的多回路自然循环实验回路。实验结果，冷热源高差大于十米时，当空气流速大于某一限值时芯余热等量的热量。同时用非线性回归的方法通过改进系数的半经验关系式。白楠等[10]在RELAP5程序中针对对于传热公式，并对陈炳德等[9]搭建的实验回路使用R并对AC-600二次侧非能动余排系统启动过程开展了数值

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图 1.2 二次侧非能动余热排出系统摇摆实验台架炳火[33]、卢冬华[42]等利用模化分析的方法对简谐运动条件下的自然循环流理论分析，鄢炳火[33]认为由摇摆运动产生流量振荡导致功率调节系统发生一决定性因素是最大摇摆角加速度，而卢冬华[34]利用模化的方法对进行自性开展了理论研究，提出了运动参数不等时性等应注意的事项。此外，姜海洋条件引入的附加力场导致的堆芯功率振荡将削弱系统运行的稳定性仪控工作造成大的困难，对系统和设备的布置还需要进一步的优化，同时参数的可调区间，谭思超等[36]通过计算分析了摇摆条件下系统重心位置路数量等系统布置对自然循环回路内流量波动幅度产生的作用，计算结置方案可有效的冲消附加向心力对流动的影响，当摇摆轴心位于回路外一降低附加切向力的影响，距离过大反而会增加流量波动幅度，因此，通过方案可削弱由运动条件引起的自然循环流量波动效应。hida[37]Murata[38, 39]在摇摆实验台架上搭建了并联双回路自然循环系统针对动力装置自然循环热工水力特性的影响开展了相关的实验研究，研究发

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并且以低温供热堆为原型,搭建了对称双环路摇摆实验台（图1.3）进行相关的实验研究。杨兴团等人[56]通过理论分析和实验对倾斜条件下对称双环路自然循环回路的流动传热特性进行了研究，结果表明，倾斜会使自然循环总流量相比与静态工况有所下降，提升系统冷热管段温差，并最终会打破支路循环平衡性。宫厚军等人[57-60]开发了运动条件下反应堆自然循环分析程序，并利用清华一体化反应堆自然循环系统的冷态和热态实验数据进行了验证，开展了摇摆运动条件下两相自然循环的计算分析。计算得到的结果与谭思超[25]发现的规律一致，即摇摆运动会削弱系统的自然循环能力，表现为时均流量下降。将摇摆条件零功率实验工况与满功率工况进行对比，发现加热器的输入功率可以抑制由摇摆引起的流量波动。倾斜条件下的实验数据与应用RELAP5/MOD3.2 程序数值模拟的结果高度符合，验证了 RELAP5 用于计算自然循环条件倾斜工况的适用性。封贝贝等人[61, 62]利用如图 1.3 中所示的自然循环实验回路研究了零功率摇摆条件下自然循环的流动规律，实验结果表明，最大摇摆幅值为影响支路流量波动的主要因素，且支路间流量波动相位差为 90°左右，但摇摆运动不会造成主回路流量的产生显著影响。并归纳了自然循环流量波幅同摇摆幅值和周期间的函数关系。朱宏晔等人[63]开展了摇摆条件下对称回路自然循环特性理论及实验研究。研究表明，在零功率摇摆工况下，主回路流量始终为零。而在载功率的工况下，主回路流量出现流量波动，波动频率为摇摆频率的二倍。于雷[64]、鄢炳火[65, 66]通过描述典型的船体运动形式

【参考文献】