本文關(guān)鍵詞：核電站堆芯溫度場重構(gòu)研究

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【摘要】：在壓水堆核電站中,一回路的冷卻劑將核燃料組件釋放的熱量導(dǎo)出反應(yīng)堆,其出口溫度的大小反映了燃料元件與冷卻劑之問的換熱情況。機(jī)組運(yùn)行中,燃料元件超溫是核反應(yīng)堆運(yùn)行安全的重大威脅之一,不大的超溫,盡管不會發(fā)生嚴(yán)重的核安全事故,但對燃料元件包殼材料產(chǎn)生熱損傷,造成壽命損耗,多次累積有可能造成核泄漏嚴(yán)重事故�，F(xiàn)有的“點(diǎn)”溫度測量,由于設(shè)置點(diǎn)數(shù)有限,存在監(jiān)視盲區(qū),不能全局觀測堆芯溫度分布。溫度測點(diǎn)即使按熱通道等設(shè)計(jì)參數(shù)布置,在實(shí)際運(yùn)行中,隨著燃耗、氙振蕩、控制棒位置等變化,熱通道和熱點(diǎn)也會發(fā)生漂移,并不能監(jiān)測到最高溫度。目前在常規(guī)電站的溫度場重建方面已開展了相關(guān)研究并得到了一些成果,但可應(yīng)用于堆芯溫度場重構(gòu)的文獻(xiàn)未見記載。為解決該問題,本文以國產(chǎn)某核電機(jī)組堆芯為研究對象,結(jié)合本學(xué)科領(lǐng)域傳熱、傳質(zhì)建模理論及現(xiàn)代誤差分析手段,對核電站堆芯溫度場重構(gòu)進(jìn)行了研究,得到了堆芯冷卻劑和燃料元件的三維溫度分布,具體內(nèi)容如下。(1)針對壓水堆堆芯冷卻劑出口溫度測點(diǎn)的分散布置情況,在分析測點(diǎn)位置分布特征的基礎(chǔ)上,利用離散數(shù)據(jù)處理方法計(jì)算了整個(gè)堆芯的冷卻劑出口溫度場,即,首先采用了多種離散數(shù)據(jù)處理方法對已知測點(diǎn)溫度進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,得到了冷卻劑出口的二維溫度分布圖；其次,在比較計(jì)算值與測量值的基礎(chǔ)上,用誤差理論分析結(jié)果,判斷各種方法的準(zhǔn)確性和精確度；最后,通過數(shù)據(jù)分析得到了冷卻劑出口溫度的分布規(guī)律,該方法克服了在溫度測點(diǎn)有限、已知數(shù)據(jù)較少的情況下,無法直接選擇合適的離散數(shù)據(jù)處理方法的困難。(2)以壓水堆堆芯為研究對象,在現(xiàn)有壓水堆堆芯功率模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合穩(wěn)態(tài)傳熱熱量守恒方程,運(yùn)用離散數(shù)據(jù)的插值、擬合,迭代法等數(shù)值計(jì)算方法,構(gòu)建合理的核反應(yīng)堆堆芯溫度場的計(jì)算模型。模型在選擇堆芯內(nèi)冷卻劑的流動(dòng)通道時(shí),考慮到堆芯內(nèi)冷卻劑的橫向流動(dòng)較縱向流動(dòng)小得多,可以不計(jì)算通道間的質(zhì)量、動(dòng)量和能量交換,在兼顧計(jì)算精度和速度的情況下,將其看作是單通道模型；模型的求解在空間上采用節(jié)塊法,徑向以一個(gè)燃料組件作為一個(gè)節(jié)塊,軸向平均劃分為16個(gè)節(jié)塊,便于進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析,即把原來在空間坐標(biāo)系中連續(xù)的物理量的場,用有限個(gè)離散點(diǎn)上的值的集合來代替,并進(jìn)行離散求解,解決了由于堆芯的幾何形狀及邊界條件較為復(fù)雜而無法得出其分析解的問題；堆芯熱傳導(dǎo)和傳輸模型分為四個(gè)部分：燃料元件傳熱、燃料元件與包殼之間間隙的傳熱、包殼管內(nèi)的傳熱和包殼外表面與冷卻劑的對流換熱,通過拆分換熱過程,明確了燃料元件與冷卻劑之間的換熱步驟,簡化了模型,為計(jì)算燃料元件溫度提供了合理的途徑。(3)采用傅里葉函數(shù)、高斯函數(shù)、薄板樣條函數(shù)、徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等10種方法進(jìn)行了堆芯溫度場計(jì)算,并對堆芯溫度場重構(gòu)結(jié)果進(jìn)行了對比分析,得到了合理的堆芯溫度場重構(gòu)方法。首先,擬合了堆芯冷卻劑出口溫度場,計(jì)算了堆芯總功率和堆芯各通道流量,對堆芯冷卻劑溫度進(jìn)行了正推和反推計(jì)算,通過對這些結(jié)果的分析、比較,發(fā)現(xiàn)采用傅里葉函數(shù)、高斯函數(shù)、薄板樣條函數(shù)、徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等9種方法計(jì)算得到的結(jié)果與過程參數(shù)的基本規(guī)律相一致；接著應(yīng)用誤差理論,計(jì)算了堆芯冷卻劑出口溫度測量值和計(jì)算值的絕對誤差平均值E和標(biāo)準(zhǔn)差σ,通過比較9方法的E和σ,表明采用傅里葉函數(shù)、高斯函數(shù)、薄板樣條函數(shù)等8種方法得到的重構(gòu)結(jié)果滿足工程要求,驗(yàn)證了方法的可行性和準(zhǔn)確性。其中,通過TPS方法重構(gòu)得到的E和σ均最小,說明該方法最適用于該重構(gòu)模型。在此基礎(chǔ)上,得到了包殼內(nèi)外表面、芯塊中心及邊緣不同截面的二維溫度分布圖,為堆芯內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測提供了理論依據(jù)。(4)編寫了在matlab環(huán)境下運(yùn)行的堆芯溫度場重構(gòu)軟件,軟件能實(shí)現(xiàn)參數(shù)的輸入、存儲、輸出,數(shù)據(jù)的擬合、迭代及圖示化等功能。并且利用9種不同燃耗的穩(wěn)態(tài)工況對該軟件進(jìn)行了測試,得到了堆芯冷卻劑和燃料組件各部分的溫度,該結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測值相一致,驗(yàn)證了堆芯溫度場重構(gòu)模型的正確性和重構(gòu)軟件的可行性。
【關(guān)鍵詞】：壓水堆堆芯 堆芯溫度 重構(gòu) 數(shù)值計(jì)算 穩(wěn)態(tài)傳熱
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM623
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 核電站反應(yīng)堆堆芯溫度場重構(gòu)研究的背景和意義10-11
• 1.2 核電站反應(yīng)堆堆芯溫度場重構(gòu)研究狀況11-12
• 1.2.1 反應(yīng)堆堆芯溫度測量方法研究狀況11
• 1.2.2 溫度場重構(gòu)算法研究狀況11-12
• 1.3 本課題主要工作12-13
• 1.4 本章小結(jié)13-14
• 第二章 某核電機(jī)組概況14-22
• 2.1 壓水堆運(yùn)行原理14-15
• 2.2 壓水堆堆芯結(jié)構(gòu)15-19
• 2.2.1 堆芯布置15-17
• 2.2.2 燃料組件17-18
• 2.2.3 功能組件18-19
• 2.3 壓水堆傳熱過程19-21
• 2.3.1 堆芯熱源分布19
• 2.3.2 堆芯熱量傳輸過程19-21
• 2.4 壓水堆堆芯溫度測量系統(tǒng)21
• 2.5 本章小結(jié)21-22
• 第三章 計(jì)算溫度場的離散數(shù)據(jù)處理方法22-26
• 3.1 曲線擬合方法22
• 3.2 曲面擬合方法22-25
• 3.2.1 薄板樣條函數(shù)擬合法22-23
• 3.2.2 基于最小二乘的多項(xiàng)式擬合23
• 3.2.3 Biharmonic樣條插值法23
• 3.2.4 徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)曲面擬合23-25
• 3.3 本章小結(jié)25-26
• 第四章 堆芯溫度計(jì)算模型26-35
• 4.1 堆芯通道模型26-27
• 4.2 堆芯節(jié)塊劃分和功率分布27-31
• 4.2.1 堆芯節(jié)塊劃分27
• 4.2.2 堆芯功率分布27-31
• 4.3 堆芯冷卻劑流量分配31-32
• 4.4 堆芯熱傳導(dǎo)和傳輸模型32-33
• 4.4.1 燃料元件傳熱模型32-33
• 4.4.2 燃料元件與包殼之間間隙的傳熱模型33
• 4.4.3 包殼管內(nèi)的傳熱模型33
• 4.4.4 包殼外表面與冷卻劑的對流換熱模型33
• 4.5 本章小結(jié)33-35
• 第五章 計(jì)算結(jié)果分析35-48
• 5.1 堆芯冷卻劑出口溫度場35-37
• 5.2 堆芯計(jì)算總功率37
• 5.3 堆芯各通道計(jì)算流量37-40
• 5.4 堆芯冷卻劑溫度反推結(jié)果40-41
• 5.5 堆芯冷卻劑溫度正推結(jié)果41-43
• 5.6 結(jié)果比較43-46
• 5.7 包殼內(nèi)外表面、芯塊中心及邊緣溫度分布46-47
• 5.8 本章小結(jié)47-48
• 第六章 堆芯溫度場重構(gòu)軟件的整體設(shè)計(jì)48-56
• 6.1 堆芯溫度場重構(gòu)流程48
• 6.2 堆芯溫度場重構(gòu)軟件設(shè)計(jì)48-54
• 6.2.1 重構(gòu)軟件開發(fā)語言及環(huán)境48-49
• 6.2.2 重構(gòu)軟件的功能49
• 6.2.3 重構(gòu)軟件的主要組成49-54
• 6.3 堆芯溫度場重構(gòu)軟件界面設(shè)計(jì)54-55
• 6.4 本章小結(jié)55-56
• 第七章 總結(jié)與展望56-57
• 致謝57-58
• 參考文獻(xiàn)58-60
• 附錄60

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張生玲;李強(qiáng);;低碳約束下中國核電發(fā)展及其規(guī)模分析[J];中國人口·資源與環(huán)境;2015年06期

2 王東風(fēng);劉千;;電站鍋爐爐膛溫度測量技術(shù)發(fā)展[J];中國測試;2014年03期

3 毛從吉;毋琦;;從安全審評角度看核電站數(shù)字化儀控設(shè)計(jì)[J];自動(dòng)化儀表;2012年07期

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5 鄒樹梁;鄒e，

本文編號：742882