非能動余熱排出系統(tǒng)因其固有安全性高而廣泛應(yīng)用于核動力裝置中,然而對于航行的船舶而言,由于海洋條件引入的運(yùn)動會對船用反應(yīng)堆及其非能動安全系統(tǒng)的運(yùn)行造成潛在的影響,因此,開展海洋條件下非能動安全系統(tǒng)運(yùn)行特性的相關(guān)研究具有重要意義。本文針對船用核動力裝置非能動余熱排出系統(tǒng)在海洋條件下的運(yùn)行特性進(jìn)行了仿真研究。本文對船舶運(yùn)動條件進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述,通過介紹非慣性系下的動量方程,引入海洋條件下流體質(zhì)量力及附加慣性力的概念�；诤Ｑ髼l件下流體的受力分析,建立了適用于任意非慣性坐標(biāo)系原點(diǎn)位置、能夠描述任意船體運(yùn)動形式的流體的質(zhì)量力與附加慣性力的通用計(jì)算模型。針對在船舶核動力裝置一回路側(cè)、二回路側(cè)分別布置非能動余熱排處換熱器的情況,基于基本熱工水力模型,結(jié)合運(yùn)動條件,建立能夠描述海洋條件下船舶核動力裝置一、二次側(cè)非能動余熱排出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)物理模型。通過選取合適的數(shù)值算法,基于MATLAB平臺,開發(fā)了海洋條件下非能動余熱排出系統(tǒng)熱工水力分析程序。對一、二側(cè)非能動余熱排出系統(tǒng)在海洋條件下的運(yùn)行特性進(jìn)行了計(jì)算分析,研究了兩種布置形式在海洋運(yùn)動條件下的適應(yīng)性,計(jì)算結(jié)果表明:對一次側(cè)非能動余熱排出系統(tǒng)來說,橫搖及縱搖運(yùn)動會引起回路冷熱源有效高度差的改變并引入了附加慣性力,導(dǎo)致系統(tǒng)平均流量減小,造成流量及水溫的周期性波動;增大運(yùn)動幅值或減少運(yùn)動周期均會導(dǎo)致非能動系統(tǒng)及堆芯流量的進(jìn)一步減小。在劇烈橫搖工況下,由于引入的附加慣性力過大,導(dǎo)致非能動系統(tǒng)不能正常啟動,嚴(yán)重影響堆芯余熱排出。船舶的艏搖及直線運(yùn)動僅會引入附加慣性力而不改變回路冷熱源有效高度差,對非能動系統(tǒng)及堆芯余熱排出能力的影響有限;垂蕩條件下,環(huán)路流量波動在堆芯處疊加,堆芯流量波動增大。對二次側(cè)非能動余熱排出系統(tǒng)來說,傾斜運(yùn)動造成了系統(tǒng)冷熱源高差改變,導(dǎo)致非能動系統(tǒng)自然循環(huán)流量的變化。在縱搖條件下,系統(tǒng)能夠正常啟動運(yùn)行并安全導(dǎo)出堆芯余熱,海洋條件對系統(tǒng)的運(yùn)行影響較小;隨著運(yùn)動幅值的增大或運(yùn)動周期的減小,海洋條件的影響程度增加。在橫搖、艏搖及縱蕩運(yùn)動時,系統(tǒng)冷熱源高差不變,運(yùn)動引入的附加壓降較小,對系統(tǒng)運(yùn)行的影響程度有限。在本文的計(jì)算工況中,與一次側(cè)非能動余熱排出系統(tǒng)運(yùn)行特性相比,二次側(cè)非能動余排系統(tǒng)在海洋條件下的適應(yīng)性較好。因此,在實(shí)際船舶系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,建議根據(jù)具體海況及船舶運(yùn)動形式的最大幅值與最小周期,選擇海洋條件影響程度最小的二次側(cè)非能動余排系統(tǒng)布置方案。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TL413.31
【部分圖文】：

（１）邐一次側(cè)非能動余熱排出。主要考慮對反應(yīng)堆一回路冷卻劑的直接冷卻來進(jìn)行逡逑堆芯余熱的導(dǎo)出，通過換熱設(shè)備將主回路冷卻劑的熱量排到最終熱阱。典型設(shè)計(jì)包括美逡逑國西屋公司的ＡＰ６００／ＡＰ１０００邋（圖１．１）、歐洲的ＥＰＰ１０００、日本的ＪＰＳＲ和ＳＰＷＲ等。逡逑ｏｅｍｅｓｓｕｔｕｚＡＴｉｏＮ逡逑—一逡逑ＵｄＦ邋Ｉ邋１．０ＯＰ邐ＶＥＳＳＥＬ逡逑＾邐１邋ＣＯＭＰＡＲＴＭＥＮＴ逡逑ＡＣＣＵＭＵＬＡＴＯＲ邋－邋Ａ邋■逡逑Ｖ逡逑圖１．邋１邋ＡＰ１０００邋—次側(cè)非能動余熱排出系統(tǒng)示意圖逡逑（２）

１、一次側(cè)非能動余熱排出系統(tǒng)研宄現(xiàn)狀逡逑美國西屋公司的ＡＰ６００／ＡＰ１０００壓水反應(yīng)堆是應(yīng)用一次側(cè)非能動余熱排出的典型代逡逑表，如圖１．邋１所示。作為非能動余熱排出系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，非能動余熱排出換熱器逡逑（ＰＲＨＲ）被布置在安全殼內(nèi)部的換料水箱（ＩＲＷＳＴ）中，水箱中的水作為非能動余熱逡逑排出的熱阱。在非能動余熱排出系統(tǒng)運(yùn)行階段，反應(yīng)堆一回路冷卻劑在堆芯與非能動余逡逑熱排出換熱器（ＰＲＨＲ）入口處流體的密度差推動下，在管內(nèi)形成自然循環(huán)流動；在ＰＲＨＲ逡逑運(yùn)行初始階段，其管外換料水箱中發(fā)生的是自然對流和過冷沸騰，隨著換熱的進(jìn)行，管逡逑外水箱逐漸進(jìn)入飽和沸騰狀態(tài)［２］。逡逑Ｙｏｎｏｍｏｔｏ等丨４］搭建了一個全壓、全長度、功率與體積成比例的一體化非能動余熱排逡逑出換熱器試驗(yàn)裝置ＲＯＳＡ－Ｖ，對小破口失水事故下非能動余熱排出系統(tǒng)進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)逡逑研宄。以實(shí)驗(yàn)得到的熱負(fù)荷為己知條件，管內(nèi)應(yīng)用Ｄｉｔｔｕｓ－Ｂｏｅｌｔｅｒ公式、管外應(yīng)用Ｌａｎｇｍｕｉｒ逡逑和Ｃｈｕｒｃｈｉｌｌ－Ｃｈｕ公式對非能動余熱排出換熱器（ＰＲＨＲ）的傳熱性能進(jìn)行了分析。Ｃｈｕｎｇ逡逑等對一體化反應(yīng)堆的非能動余熱排出換熱器（ＰＲＨＲ）的自然循環(huán)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，逡逑并應(yīng)用ＭＡＲＳ程序處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果

海洋條件是指船舶在海洋中航行時，受到風(fēng)、浪、涌等影響，將產(chǎn)生傾斜（Ｔｉｌｔ）、逡逑橫搖（Ｒｏｌｌ）、縱搖（Ｐｉｔｃｈ）、艏搖（Ｙａｗ）、橫蕩（Ｓｗａｙ）、縱蕩（Ｓｕｒｇｅ）、垂蕩（Ｈｅａｖｅ）逡逑等一系列運(yùn)動，如圖２．１所示。圖中，Ｘ軸、Ｙ軸和Ｚ軸所形成的坐標(biāo)系即為非慣性坐逡逑標(biāo)系。此外，船舶自身的機(jī)動也可能引起上述形式的運(yùn)動。逡逑Ｚ逡逑艏搖吟１邐ｙ邋Ｙ逡逑圖２．１船舶運(yùn)動形式逡逑２．１．１搖擺運(yùn)動及傾斜條件的數(shù)學(xué)描述逡逑搖擺是指船舶繞某一軸線做往復(fù)擺動，分為橫搖、縱搖和艏搖。一般假設(shè)搖擺運(yùn)動逡逑的角度的變化規(guī)律為：逡逑即）Ｏｎ（２對／Ｇ）邐（２－１）逡逑因此，角速度及角加速度可分別表示為：逡逑＾（０邋＝邋ｄｍａ，邋｛２ｎｌｔＲ）ｃｏｓ｛２ｎｔｌｔＲ）邐（２－２）逡逑外）＝－Ｕ咖）：ｓｉｎ（２邋對Ａ？）邐（２－３）逡逑１３逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2820809