本文關(guān)鍵詞：核動(dòng)力船舶非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)建模與仿真

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【摘要】：非能動(dòng)安全系統(tǒng)因?yàn)槠洳灰蕾囃獠縿?dòng)力源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、設(shè)備數(shù)量少并且故障率低、安全性高等優(yōu)點(diǎn),成為近年來核動(dòng)力系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。作為重要的核安全系統(tǒng),非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著在正常停堆與事故停堆時(shí)排出堆芯余熱的任務(wù),它是否能正常工作直接關(guān)系到堆芯的安全。目前,非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用于陸地核電站,但仍未見有應(yīng)用于船用核動(dòng)力裝置的報(bào)道,關(guān)于應(yīng)用于船用核動(dòng)力裝置的非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的研究不多。本文以一種可用于核動(dòng)力艦船的非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)為研究對(duì)象,通過建立其動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,運(yùn)用數(shù)值模擬方法,對(duì)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)機(jī)理進(jìn)行了深入的研究。論文采用了模塊化、通用化、分區(qū)集總和三回路耦合的建模方法,根據(jù)設(shè)備的內(nèi)在機(jī)理劃分了控制體,建立了能合理反映非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)中兩相流的流動(dòng)和換熱特性以及三個(gè)自然循環(huán)回路耦合關(guān)系的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,主要包括：熱工水力模型；堆芯功率模型、主泵模型、蒸汽發(fā)生器模型和余熱排出換熱器模型等設(shè)備模型；以及狀態(tài)方程、換熱關(guān)系式、流動(dòng)壓降方程、物性方程等輔助計(jì)算模型。根據(jù)所建立的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,兼顧計(jì)算精度與實(shí)時(shí)性要求,選擇合理的數(shù)值方法對(duì)模型進(jìn)行了求解。在此基礎(chǔ)上,利用C#語言實(shí)現(xiàn)了非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)仿真程序的自主研發(fā),建立了該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)值仿真和調(diào)試環(huán)境。仿真程序的開發(fā)采用模塊化的思想,根據(jù)計(jì)算功能和系統(tǒng)設(shè)備劃分了模塊,通過調(diào)用所需模塊實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真。將本文所研發(fā)的非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)仿真程序與RELAP5以及一些已發(fā)表的文獻(xiàn)進(jìn)行靜態(tài)與動(dòng)態(tài)對(duì)比,驗(yàn)證了其正確性。在此基礎(chǔ)上,利用該仿真程序研究了全船斷電事故下非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化過程,揭示了系統(tǒng)主要參數(shù)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性以及各參數(shù)間的動(dòng)態(tài)耦合關(guān)系。結(jié)果表明非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng),能在保證一、二回路溫度和壓力不超過安全值的情況下及時(shí)排出堆芯余熱,保障反應(yīng)堆運(yùn)行安全；進(jìn)一步地,根據(jù)船用核動(dòng)力裝置的特點(diǎn),研究了船體在海洋環(huán)境作用下進(jìn)行加速上升、下降以及傾斜等非常規(guī)運(yùn)動(dòng)時(shí)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性�；趫D形化仿真支撐系統(tǒng)IMAGE構(gòu)建了傳統(tǒng)能動(dòng)式余熱排出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真模型,研究了正常停堆工況下,能動(dòng)式余熱排出系統(tǒng)投運(yùn)后各主要參數(shù)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程,分析了余熱排出系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)閥開度階躍擾動(dòng)時(shí),一回路冷卻劑平均溫度以及換熱器換熱功率的跟隨特性。在相同的工況下,利用非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)仿真程序研究了系統(tǒng)投運(yùn)后的動(dòng)態(tài)特性,并與基于IMAGE仿真支撐系統(tǒng)得到的能動(dòng)式余熱排出系統(tǒng)的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,分析了非能動(dòng)與能動(dòng)式系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的差異以及兩者應(yīng)用于船用核動(dòng)力系統(tǒng)時(shí)的優(yōu)劣。本研究對(duì)于核動(dòng)力船舶非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行以及對(duì)操作人員的培訓(xùn)均具有一定的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：核動(dòng)力 非能動(dòng) 余熱排出系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)特性 仿真模型
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U664.15
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 符號(hào)表9-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 課題的背景及意義11-18
• 1.1.1 系統(tǒng)概述11-13
• 1.1.2 余熱排出系統(tǒng)的應(yīng)用概況13-16
• 1.1.3 余熱排出系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2 本文的研究目標(biāo)和思路18-19
• 1.2.1 研究目標(biāo)18
• 1.2.2 研究思路18-19
• 1.3 本文的研究?jī)?nèi)容19
• 1.4 本章小結(jié)19-20
• 第二章 基本熱工水力模型20-27
• 2.1 自然循環(huán)流動(dòng)20
• 2.2 單相流模型20-22
• 2.3 兩相流模型22-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 PRHR系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模27-41
• 3.1 模型概述27-29
• 3.1.1 分區(qū)集總方法27-28
• 3.1.2 PRHR系統(tǒng)控制體劃分28-29
• 3.2 PRHR系統(tǒng)模塊化建模29-39
• 3.2.1 反應(yīng)堆功率模型29-30
• 3.2.2 穩(wěn)壓器數(shù)學(xué)模型30
• 3.2.3 主泵數(shù)學(xué)模型30-31
• 3.2.4 蒸汽發(fā)生器數(shù)學(xué)模型31-35
• 3.2.5 余熱排出換熱器數(shù)學(xué)模型35-37
• 3.2.6 換熱關(guān)系式模型37-39
• 3.2.7 流動(dòng)壓降模型39
• 3.3 本章小結(jié)39-41
• 第四章 PRHR系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真研究41-60
• 4.1 仿真實(shí)現(xiàn)41-44
• 4.1.1 數(shù)學(xué)模型求解41-43
• 4.1.2 基于C43-44
• 4.2 模型驗(yàn)證44-49
• 4.2.1 研究對(duì)象設(shè)計(jì)44-45
• 4.2.2 靜態(tài)驗(yàn)證45-46
• 4.2.3 動(dòng)態(tài)驗(yàn)證46-49
• 4.3 動(dòng)態(tài)特性分析49-58
• 4.3.1 全船斷電事故49-52
• 4.3.2 海洋環(huán)境的影響52-54
• 4.3.3 RRA與PRHR系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性比較54-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 第五章 結(jié)論與展望60-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他成果66

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