【摘要】：船用核動力裝置遠(yuǎn)離陸地,在事故狀況下缺乏充足的外部支持,非能動安全技術(shù)可顯著提高船用核動力裝置的固有安全性。非能動余熱排出系統(tǒng)和反應(yīng)堆一、二回路系統(tǒng)在事故工況下處于多自然循環(huán)回路耦合狀態(tài),回路間各因素相互影響,有明顯反饋效應(yīng),此外海洋條件的影響具有強(qiáng)烈的多因素耦合以及非線性特征,進(jìn)而造成海洋條件下多回路自然循環(huán)余熱排出系統(tǒng)的響應(yīng)特性極為復(fù)雜。因此本文采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法,對海洋條件下多自然循環(huán)回路耦合瞬態(tài)響應(yīng)特性開展了研究。本文基于研究海洋條件影響所需的兩套坐標(biāo)系,給出了海洋條件建模所需的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)矩陣,確定了非慣性系中的動量守恒方程。梳理了海洋條件下RELAP5程序二次開發(fā)的基本思路。將海洋條件數(shù)學(xué)模型、附加慣性力模型與RELAP5系統(tǒng)內(nèi)部模型相結(jié)合。初步完成了RELAP5程序的二次開發(fā)。以去離子水為工質(zhì),開展了搖擺條件下單回路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和靜態(tài)多回路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的單相自然循環(huán)流量、溫度波動特性的實(shí)驗(yàn)研究,并利用二次開發(fā)的RELAP5系統(tǒng)程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。對比分析后表明,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合度較高�？梢哉J(rèn)為二次開發(fā)后的RELAP5程序能夠用于對海洋條件下低壓自然循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的單相流動的模擬計(jì)算。在此基礎(chǔ)上,開展了雙回路自然循環(huán)系統(tǒng)在額定功率運(yùn)行工況和功率躍升工況下受傾斜、起伏、搖擺運(yùn)動條件的影響情況數(shù)值模擬研究。數(shù)值模擬結(jié)果表明:在額定功率運(yùn)行工況下,橫搖運(yùn)動會造成一、二回路流量及換熱量的劇烈波動。縱搖運(yùn)動對系統(tǒng)額定功率運(yùn)行時各個參數(shù)的影響基本可以忽略。起伏運(yùn)動會造成系統(tǒng)一、二回路流量及換熱量的波動,但對系統(tǒng)壓力和各個進(jìn)出口溫度的影響不大。在功率階躍上升的工況下,在橫傾工況中,系統(tǒng)各個參數(shù)的響應(yīng)時間隨著冷熱源高差增加而減小�？v傾條件對于本文中所涉及的雙回路自然循環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)特性的影響基本可以忽略。在本文計(jì)算所涉及的起伏條件下,雙回路自然循環(huán)系統(tǒng)中各個參數(shù)的響應(yīng)時間均不會受到影響。橫搖20°/0.05工況和橫搖15°/0.05工況的響應(yīng)時間與靜態(tài)工況基本相同,但流量振蕩較為劇烈的橫搖15°/0.1工況對于功率階躍的響應(yīng)時間明顯要小于靜態(tài)工況和其他橫搖工況的響應(yīng)時間�？v搖運(yùn)動對雙回路自然循環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)時間的影響基本可以忽略不計(jì)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U664.15
【圖文】：

圖 1.1 SMART 一體化反應(yīng)堆二次側(cè)非能動余熱排出系統(tǒng)示意一種提出一種以大氣作為最終冷源借助中間水箱過渡的統(tǒng)由三個回路耦合而成。使用系統(tǒng)分析程序（RELAP5堆停堆后非能動余熱排出系統(tǒng)運(yùn)行過程開展模擬研究。動余熱排出系統(tǒng)中冷卻劑的自然循環(huán)流動，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)。]以AC-600二次側(cè)非能動堆芯余熱排出系統(tǒng)為原型，依據(jù)空氣為最終冷源的多回路自然循環(huán)實(shí)驗(yàn)回路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果，冷熱源高差大于十米時，當(dāng)空氣流速大于某一限值時芯余熱等量的熱量。同時用非線性回歸的方法通過改進(jìn)系數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。白楠等[10]在RELAP5程序中針對對于傳熱公式，并對陳炳德等[9]搭建的實(shí)驗(yàn)回路使用R并對AC-600二次側(cè)非能動余排系統(tǒng)啟動過程開展了數(shù)值

圖 1.2 二次側(cè)非能動余熱排出系統(tǒng)搖擺實(shí)驗(yàn)臺架炳火[33]、盧冬華[42]等利用�；治龅姆椒▽喼C運(yùn)動條件下的自然循環(huán)流理論分析，鄢炳火[33]認(rèn)為由搖擺運(yùn)動產(chǎn)生流量振蕩導(dǎo)致功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)生一決定性因素是最大搖擺角加速度，而盧冬華[34]利用�；姆椒▽M(jìn)行自性開展了理論研究，提出了運(yùn)動參數(shù)不等時性等應(yīng)注意的事項(xiàng)。此外，姜海洋條件引入的附加力場導(dǎo)致的堆芯功率振蕩將削弱系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性儀控工作造成大的困難，對系統(tǒng)和設(shè)備的布置還需要進(jìn)一步的優(yōu)化，同時參數(shù)的可調(diào)區(qū)間，譚思超等[36]通過計(jì)算分析了搖擺條件下系統(tǒng)重心位置路數(shù)量等系統(tǒng)布置對自然循環(huán)回路內(nèi)流量波動幅度產(chǎn)生的作用，計(jì)算結(jié)置方案可有效的沖消附加向心力對流動的影響，當(dāng)搖擺軸心位于回路外一降低附加切向力的影響，距離過大反而會增加流量波動幅度，因此，通過方案可削弱由運(yùn)動條件引起的自然循環(huán)流量波動效應(yīng)。hida[37]Murata[38, 39]在搖擺實(shí)驗(yàn)臺架上搭建了并聯(lián)雙回路自然循環(huán)系統(tǒng)針對動力裝置自然循環(huán)熱工水力特性的影響開展了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，研究發(fā)

并且以低溫供熱堆為原型,搭建了對稱雙環(huán)路搖擺實(shí)驗(yàn)臺（圖1.3）進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。楊興團(tuán)等人[56]通過理論分析和實(shí)驗(yàn)對傾斜條件下對稱雙環(huán)路自然循環(huán)回路的流動傳熱特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，傾斜會使自然循環(huán)總流量相比與靜態(tài)工況有所下降，提升系統(tǒng)冷熱管段溫差，并最終會打破支路循環(huán)平衡性。宮厚軍等人[57-60]開發(fā)了運(yùn)動條件下反應(yīng)堆自然循環(huán)分析程序，并利用清華一體化反應(yīng)堆自然循環(huán)系統(tǒng)的冷態(tài)和熱態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，開展了搖擺運(yùn)動條件下兩相自然循環(huán)的計(jì)算分析。計(jì)算得到的結(jié)果與譚思超[25]發(fā)現(xiàn)的規(guī)律一致，即搖擺運(yùn)動會削弱系統(tǒng)的自然循環(huán)能力，表現(xiàn)為時均流量下降。將搖擺條件零功率實(shí)驗(yàn)工況與滿功率工況進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)加熱器的輸入功率可以抑制由搖擺引起的流量波動。傾斜條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與應(yīng)用RELAP5/MOD3.2 程序數(shù)值模擬的結(jié)果高度符合，驗(yàn)證了 RELAP5 用于計(jì)算自然循環(huán)條件傾斜工況的適用性。封貝貝等人[61, 62]利用如圖 1.3 中所示的自然循環(huán)實(shí)驗(yàn)回路研究了零功率搖擺條件下自然循環(huán)的流動規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最大搖擺幅值為影響支路流量波動的主要因素，且支路間流量波動相位差為 90°左右，但搖擺運(yùn)動不會造成主回路流量的產(chǎn)生顯著影響。并歸納了自然循環(huán)流量波幅同搖擺幅值和周期間的函數(shù)關(guān)系。朱宏曄等人[63]開展了搖擺條件下對稱回路自然循環(huán)特性理論及實(shí)驗(yàn)研究。研究表明，在零功率搖擺工況下，主回路流量始終為零。而在載功率的工況下，主回路流量出現(xiàn)流量波動，波動頻率為搖擺頻率的二倍。于雷[64]、鄢炳火[65, 66]通過描述典型的船體運(yùn)動形式

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2763789