自然循环流动不稳定性建模与数值模拟

发布时间：2020-07-24 03:05

【摘要】：自然循环由于具固有安全特性而在近代反应堆设计当中被广泛应用,但是其应用的主要问题为两相情况下的不稳定性,而且在真实反应堆当中堆芯功率与流体热工参数之间互相耦合会对系统产生一定影响,所以对核热耦合条件下的自然循环不稳定性的研究有重要意义。本文的研究对象为模拟核热耦合自然循环实验系统,通过简化实验系统得到计算的物理模型并建立该系统的数学模型,流体参数计算采用基于均相流模型的控制方程,功率计算采用考虑六组缓发中子的点堆中子动力学方程,对控制方程进行离散后采用编写程序的方式求解方程,得到系统的静态流量漂移不稳定和动态密度波不稳定性,分析了不同参数对于两种不稳定性的影响。计算结果表明,自然循环系统在运行特性曲线存在负斜率区的时候在一个运行条件下可能存在一个以上流量,如果给系统一个扰动系统会从原来工况漂移到一个新的工况,即发生流量漂移不稳定性,增加系统压力、降低实验段入口过冷度、增加实验段入口阻力系数、降低实验段出口阻力系数可以降低系统的流量漂移不稳定性区域。自然循环系统由于在实验段入口的流动扰动需要一定的传播时间,阻力对于实验段入口扰动的响应存在时间上的迟滞,在一定工况下会发生密度波不稳定性,此时流体在实验段和上升段内的流动时间与密度波的周期存在2倍左右的倍数关系,在本文的计算参数范围内,增加功率会使振幅和周期增加,增加系统压力会使振荡幅度和周期减小,增加入口过冷度会使振荡幅度和周期减小,增加上升段长度会使系统振荡幅度和周期增加,增加入口阻力系数会使振荡振幅减小而周期增加,增加出口阻力系数对于振幅的影响与增加入口阻力系数的影响相反,对周期的影响相同。考虑核热耦合条件时密度波不稳定性的振荡幅度比不考虑时增大,增加燃料温度反馈系数、冷却剂温度反馈系数、空泡份额反馈系数的绝对值可以降低系统的振荡幅度。
【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】：2016
【分类号】：TL33
【图文】：

结构图,实验系统,下降段,压差计

本研究以模拟核热耦合自然循环实验系统为原型，该系统为闭合自然循环回路，由逡逑实验段，上升段，冷凝器，稳压器，下降段，泵，阀门，流量计，压差计，热电偶等设逡逑备、仪器及连接管路组成。实验台结构图如图２．１所示：逡逑Ｔ％邋Ｉ邋：：ｓ：逡逑ｙｙ逦ｃ：球阀逡逑Ｄ：冷凝器逡逑Ｐ逦｜邋ｇ逦Ｅ：下降段（粗管）逡逑＾逦Ｆ：下降段（细管）逡逑Ｇ：电磁流量计逡逑＊逦Ｈ：质量流量计逡逑Ｉ：球阀逡逑，逦Ｊ：离心、栗逡逑＾逦Ｋ：止刚逡逑ｉ？逦ｌ：压差计逡逑严逦Ｍ：稳压器逡逑图２．１实验系统结构简图逡逑１１逡逑

流程图,离散方法,方程求解,可压缩性

逦（２－６９）逡逑（５）稳态方程求解算法逡逑稳态方程求解算法流程图如图２．２所示，下面对计算过程进行详细的介绍：逡逑首先输入结构参数、入口条件、边界条件、系统压力等己知条件，设第一个节点的逡逑温度、压力、焓值为实验段入口的温度、压力、焓值。然后假定一个实验段入口速度，逡逑再假定一个下一个节点的密度值，根据己知参数和假定的参数，由离散的质量方程计算逡逑出下一个节点的速度值，再根据离散的动量方程计算得到下一个节点的压力值，进而根逡逑据离散的能量方程计算得到下一个节点的焓值。逡逑根据计算得到的新的下一节点段的压力和焓值，由状态方程得到一个新的密度值，逡逑将此密度值与假设密度值相比较，看二者是否相等，如果不相等，则以新的密度值为假逡逑设值继续上述过程直至收敛。如果相等，则对下一个节点进行上述过程，不断循环，直逡逑至最后一个节点

曲线,系统运行特性,曲线,运行工况

一个以上的运行工况而有些运行工况是不稳定的，受到一定扰动后不能回到原来的运行逡逑工况而到达一个新的工况继续运行，即发生流量漂移现象。逡逑如图３．１所示，当加热功率为２０ｋＷ时系统的阻力和驱动力随流量的变化曲线只有逡逑一个交点，系统处于单相状态是稳定的，这时如果给系统一个阻力减小的扰动，由于系逡逑统的阻力小于驱动力，流量会在较大的驱动力作用下增加，直至系统阻力再次等于驱动逡逑力，系统回到原来运行工况，动态过程如图３．２所示。逡逑Ｆ＾ｒ逡逑４００００、逡逑３００００邋－逡逑］0000邋－！逡逑0NB逦、逦逡逑０．００逦０．０５逦０．１０逦０．１５逦０．２０逦０．２５逦０．３０逡逑图３．１邋０＝２ＯｋＷ时系统运行特性曲线逡逑３１逡逑

【参考文献】