本文選題：大型壓水堆 + 熱工水力　； 參考：《西安交通大學》2017年博士論文

【摘要】：作為第三代改進型壓水堆的代表,AP1000創(chuàng)新性地采用了一系列自然力,包括重力、自然循環(huán)、自然對流和壓縮氣體膨脹等來保證其非能動安全性。根據(jù)國家核電發(fā)展戰(zhàn)略,我國將在引進、消化、吸收AP1000核電技術(shù)的基礎(chǔ)上,推出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的更大功率的先進壓水堆CAP1400和CAP1700。目前CAP1400的概念設(shè)計已初步完成。本文采用不同分析工具針對AP1000典型事故工況瞬態(tài)熱工水力特性的若干關(guān)鍵問題進行了不同層次的研究。首先根據(jù)AP1000的具體結(jié)構(gòu)和運行特點,建立了一套合理完善的數(shù)學物理模型,包括:堆芯模型、自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器模型、電加熱穩(wěn)壓器模型、主泵模型、非能動余熱排出系統(tǒng)模型、臨界流模型和輔助模型。與美國西屋公司針對AP600和AP1000開發(fā)的非LOCA瞬態(tài)熱工水力系統(tǒng)程序LOFTRAN相比,在蒸汽發(fā)生器的模型方面,LOFTRAN采用蒸汽發(fā)生器二次側(cè)集總參數(shù)兩區(qū)模型,而本文采用更先進也更符合實際的蒸汽發(fā)生器二次側(cè)分布參數(shù)模型;在穩(wěn)壓器的模型方面,相比于LOFTRAN兩區(qū)不平衡模型,本文配備了可供選擇的三區(qū)不平衡模型和多區(qū)不平衡模型。另外,本文從基本的質(zhì)量、動量和能量守恒方程出發(fā),創(chuàng)新性地建立了AP1000非能動余熱排出系統(tǒng)模型。本文進一步采用FORTRAN程序設(shè)計語言,開發(fā)了AP1000非LOCA瞬態(tài)熱工水力系統(tǒng)程序RETAC(REactor Transient Analysis Code)。RETAC采用模塊化編程技術(shù),便于修改和二次開發(fā)。在建立的數(shù)學物理模型基礎(chǔ)上,對AP1000主回路系統(tǒng)及非能動余熱排出系統(tǒng)進行控制體劃分,采用吉爾(Gear)方法對所獲得的常微分方程組進行數(shù)值求解。RETAC程序計算獲得的穩(wěn)態(tài)結(jié)果與西屋公司設(shè)計控制文件(DCD)給定的額定值符合較好。本文進而針對汽輪機跳閘事故及自動降壓系統(tǒng)誤開啟事故進行分析,分別與大型商用程序RELAP5及西屋公司LOFTRAN程序的計算結(jié)果進行對比,對比結(jié)果符合良好,證明了RETAC程序建模的合理性與準確性。進一步將RETAC程序應用于AP1000典型非LOCA事故,包括失流事故(部分失流、完全失流與主泵卡軸)、蒸汽發(fā)生器二次側(cè)給水溫度降低事故、非能動余熱排出系統(tǒng)PRHRS誤開啟事故及自動降壓系統(tǒng)ADS誤開啟事故(廠外電源可用和不可用兩種情況)的分析計算。計算結(jié)果表明,堆芯最小偏離核態(tài)沸騰比(MDNBR)始終高于1.5的安全分析限值,滿足安全準則要求。其中,非能動余熱排出系統(tǒng)誤開啟事故的計算結(jié)果與西屋公司LOFTRAN程序及GSE公司THEATRe/JTopmeret程序的對比分析證明了本文非能動余熱排出系統(tǒng)建模的合理性。采用大型商用程序RELAP5/MOD3.4建立了AP1000主回路系統(tǒng)及非能動安全系統(tǒng)(包括堆芯補水箱CMT、安注箱ACC、安全殼內(nèi)置換料水箱IRWST、非能動余熱排出系統(tǒng)PRHRS和自動降壓系統(tǒng)ADS)的分析模型。針對AP1000小破口失水事故典型工況,包括冷腿底部5.08cm(2英寸)、10.16cm(4英寸)、20.32cm(8英寸)和25.40cm(10英寸)小破口進行分析。分析結(jié)果表明,在AP1000小破口失水事故工況下,堆芯最大空泡份額基本不會超出α=0.9的安全分析限值,不會發(fā)生干涸(dry out)型臨界熱流密度(CHF)。包殼峰值溫度(PCT)遠低于附錄K中1478K/2200! 的安全分析限值。證明在AP1000小破口過程中,非能動安全系統(tǒng)作用可以有效帶出堆芯衰變熱,從而保證反應堆安全。最后針對AP1000小破口失水事故后期自動降壓系統(tǒng)第四級(ADS-4)的液滴夾帶特性進行分析。通過ADS-4的液滴夾帶作為小破口失水事故過程中重要的熱工水力現(xiàn)象,決定了一次側(cè)系統(tǒng)冷卻劑裝量,影響一次側(cè)環(huán)路及堆芯的冷卻。本文采用俄勒岡州立大學(OSU)在ATLATS實驗裝置上獲得的液滴夾帶起始與夾帶含氣率關(guān)系式,對RELAP5/MOD3.0可編譯版本的液滴夾帶子程序hzflow進行修改編譯。將修改后的RELAP5版本應用于AP1000 5.08cm(2英寸)典型小破口失水事故的分析計算。RELAP5程序修改前后計算結(jié)果的差異表明,現(xiàn)有的RELAP5液滴夾帶模型對通過ADS-4的液滴夾帶量預測偏低,這將導致不保守的安全分析結(jié)果。本文所做的研究工作對于AP1000的建造及安全運行具有重要意義,同時也可為未來CAP1400和CAP1700的設(shè)計研發(fā)提供參考。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：西安交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TL364.4

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本文編號：1747168