氦气轮机闭式循环装置的建模与仿真

发布时间：2021-06-05 07:18

　　为了提高10MW高温气冷堆循环的效率，由清华大学设计建造的二期工程采用氦气轮机闭式循环装置代替了一期的蒸汽轮机循环。氦气在堆芯被裂变能加热后，直接在氦气轮机中被转化为机械能带动发电机运转。目前由我国研制的闭式氦气轮机装置是世界上唯一的实物，且氦气轮机闭式循环装置的设计和运行仍处于经验积累的阶段，因此对氦气轮机闭式循环装置的仿真研究是必要的。本文以10MW高温气冷堆二期工程氦气轮机闭式循环装置作为研究对象，针对氦气轮机闭式循环装置中各部件——氦气轮机、氦气压气机、预冷器、间冷器、回热器、转子及管道等采用模块化建模的思想建立了数学模型。其中：反应堆堆芯模块，采用6组缓发中子的点堆模型来描述堆裂变过程，且按氦气在反应堆中的换热流程以及堆芯与其构件的换热划分换热子模块；板翅式回热器模块中回热器结构对其特性的影响体现在对其换热系数及阻力系数的影响上；氦气压气机模块采用平均截面法逐级进行建模，考虑流道形状对总压损失系数的影响，最后将其计算特性逐级叠加；氦气轮机模块采用准稳态法和曲线拟合相结合进行了建模；预冷器及间冷器模块中采用定常的换热系数和阻力系数进行计算。将上述的模型编写成Fortran程序，... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

氦气轮机闭式循环装置

氦气轮机闭式循环HTR-10GT 氦气轮机闭式循环装置采用氦气为工作工质，氦气与空气的特性有很区别，0.1MPa、20℃下氦气与空气的性质如下表。从表 2.1 中可以看出同空气相气具有很大的比热容，还具有较好的传热特性和较小的摩擦特性。表 2.1 氦气与空气物性项目 氦气 空气音速/ m/s 1007 343定压比热容/ J/(kg K) 5274 1010等熵指数 1.665 1.40导热系数/ W(m K) 0.1466 0.0265动力粘性系数/ kg/(m s) 1.98 10-51.82 10-5比重/ kg/m30.17850 1.29304

其工作流程如下：高压低温氦气进入反应堆堆芯中膨胀做功。氦气轮机、高低压压气机与发电机共轴也带动高低压压气机的运行。氦气轮机出口的氦气仍热器低压侧，以加热回热器的高压侧氦气。流过回热，还需要进入预冷器进一步被冷却，达到低压压气机压气机。低压压气机对其进行压缩，氦气的压力得到上升，在进入高压压气机被进一步压缩之前，需由间却的氦气进入高压压气机，压力被提升至满足要求后热，再从回热器高压侧出口经由管道流入反应堆堆芯循环装置中的流程[21]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]氦气轮机发电系统动态仿真模型[J]. 解衡,王捷.  核动力工程. 2011(02)
[2]氦气轮机瞬态运行特性仿真研究[J]. 马云翔,李东,田兆斐.  核动力工程. 2011(02)
[3]高温气冷堆氦气轮机起动过程仿真[J]. 王恩华,夏胜枝,李东明,夏军宏.  系统仿真学报. 2009(06)
[4]高温气冷堆HTGR-10能量转换单元中压气机气动性能试验研究[J]. 朱荣凯,张健,郑群,邹积国.  哈尔滨工程大学学报. 2009(02)
[5]高温气冷堆氦气透平直接循环启动参数分析计算[J]. 解衡,赵钢,王捷.  原子能科学技术. 2008(11)
[6]高温气冷堆布雷登循环的压比优化分析[J]. 曹建华,王捷,杨小勇,于溯源.  沈阳工业大学学报. 2008(04)
[7]10MW高温气冷堆的集总参数动态模型[J]. 李海鹏,黄晓津,张良驹.  原子能科学技术. 2008(05)
[8]气体透平直接循环高温气冷堆安全分析方法及应用[J]. 万力,傅激扬.  科技导报. 2006(07)
[9]高温气冷堆氦气透平循环工质的热物性[J]. 任啟森,杨小勇,黄志勇,赵钢,王捷.  汽轮机技术. 2006(02)
[10]用于高温气冷堆发电设备的闭式循环氦气轮机装置[J]. 王辉,王冲.  热能动力工程. 2005(04)

硕士论文
[1]高温气冷堆气体透平循环分析及堆芯动态仿真研究[D]. 张剑城.上海交通大学 2009
[2]氦气与空气平面叶栅相似性的初步研究[D]. 刘玉娥.哈尔滨工程大学 2008



本文编号：3211710