基于轮转电极的多电极电容式棒位测量传感器静态特性研究

电容式棒位测量传感器是200 MW低温核供热堆控制棒水压驱动系统的关键测量部件,其精度和可靠性直接关系到反应堆的安全性。本文基于有限元方法建立了电容式棒位测量传感器的理论模型,对两电极电容式棒位测量传感器检测场的灵敏度分布特性进行了分析。结果表明,在检测场内存在一个特定区域,被测杆向该区域偏移时偏心误差较小。基于该特性提出了多电极电容式棒位测量传感器的设计方案和轮转电极的电容检测方法,针对该传感器,利用有限元模型进行了传感器结构优化和被测杆偏心误差分析,完成了传感器静态特性实验并验证了模型计算结果。分析结果表明,多电极电容式棒位测量传感器与轮转电极的电容检测方法能有效利用检测场的灵敏度分布特性,优化后传感器的偏心误差能达到棒位测量不失步的要求。研究成果为电容式棒位测量传感器的设计和优化提供了新的方向。     

控制棒棒位测量系统中两极板电容传感器设计

控制棒棒位测量对于反应堆运行与安全至关重要。针对NHR-200反应堆控制棒棒位测量系统,引入基于电容传感器的控制棒棒位测量方法。设计出一种两极板电容传感器,通过分析极板面积、干扰电容以及屏蔽方式的影响,进行仿真计算与优化。分析结果表明,计算结果与试验结果吻合较好,该传感器能进行控制棒棒位的准确测量,有较好的适应能力和应用前景。     

合肥光源电容式静力水准传感器的标定

本文阐述了电容式静力水准传感器的工作原理,对其在标定过程中选用的金属材料的目标电极,而非正常工作下的蒸馏水,运用Ansoft Maxwell有限元分析软件进行了仿真计算,比较了不同情况下传感器获得的电容值的差异,并分析了差异性存在的原因。基于自主研制的电容式静力水准传感器样机进行了实验验证。结果表明：电容式静力水准传感器在标定和工作时应选择相同属性（电阻率,介电常数）材料的目标电极,否则标定后的传感器存在误差,且电阻率对该误差影响较大。     

AP1000控制棒棒位的数字化测量技术分析

结合AP1000的数字化棒位指示系统,通过分析AP1000控制棒的组成、控制棒驱动机构和棒位测量探测器布置,并从数字化测量角度指出了非接触式传感器测量、探测线圈的冗余设计和数字化数据传输等可靠性技术的应用,确保了AP1000反应堆棒位测量精度和棒位控制系统的安全可靠。     

动态棒价值测量软件包LIGHT的开发与数值验证

动态棒价值测量是一种快速测量控制棒组价值的方法。基于测量过程和相关的反应堆物理数值计算方法，开发了动态棒价值测量软件包LIGHT。LIGHT可产生进行动态棒价值测量所需的参数，包括静态空间因子、动态空间因子和缓发中子参数。针对基准问题和AP1000核电厂进行了数值计算并进行了比较。分析表明，计算结果具有较高的精度，说明建立的计算模型及开发的程序是正确的。     

快堆带绕丝棒束组件低雷诺数下的水力特性分析

低雷诺数(Re)流动存在于正常运行或事故停堆工况的各类组件中,对于快堆的安全运行具有重要意义。利用CFX程序对低Re下的中国实验快堆不同类型的带绕丝棒束组件的水力特性进行了分析。结果表明,通过利用1个螺距的带绕丝棒束组件计算得到的低Re下的水力特性与实验结果以及Engel关系式符合较好。通过利用4个螺距的带绕丝棒束组件计算结果表明,绕丝产生的横向流动使组件6个壁面上压力分布有所不同,但在流动充分发展时,每个面轴线方向的压降按螺距均匀分布,从而进行带绕丝棒束组件水力特性测量时,需在组件同一面上按照整数倍螺距来布置测点,才能避免由于横向流动对测量带来的影响。     

快堆带绕丝棒束组件低雷诺数下的水力特性分析

低雷诺数(Re)流动存在于正常运行或事故停堆工况的各类组件中，对于快堆的安全运行具有重要意义。利用CFX程序对低Re下的中国实验快堆不同类型的带绕丝棒束组件的水力特性进行了分析。结果表明，通过利用1个螺距的带绕丝棒束组件计算得到的低Re下的水力特性与实验结果以及Engel关系式符合较好。通过利用4个螺距的带绕丝棒束组件计算结果表明，绕丝产生的横向流动使组件6个壁面上压力分布有所不同，但在流动充分发展时，每个面轴线方向的压降按螺距均匀分布，从而进行带绕丝棒束组件水力特性测量时，需在组件同一面上按照整数倍螺距来布置测点，才能避免由于横向流动对测量带来的影响。     

燃料组件格架弹簧刚度模型研究

格架弹簧是压水堆燃料组件的关键零部件,其为燃料棒提供夹持功能。刚度是格架弹簧的关键特性,其关系到燃料棒的堆内运行性能。本文基于格架弹簧的结构以及受力特点,给出了格架弹簧的受力分析模型,并推导了理论刚度计算公式,即得到了格架弹簧的理论刚度模型。另外,在商业有限元软件ABAQUS中建立了多种尺寸格架弹簧实体结构的有限元刚度模型,并计算获得了格架弹簧的变形量以及刚度曲线。通过有限元结果与理论刚度模型结果的对比,证明了理论刚度模型的合理性,并分析讨论了理论刚度模型的优缺点。本文首次提出的格架弹簧理论刚度模型可用于代替格架方案设计期间的有限元迭代过程,并能快速获得优化方案的主要设计尺寸。但本文分析方法不能替代实验,在方案固化后仍需开展实验确定格架弹簧的刚度。本文得到的格架弹簧理论模型可为燃料组件格架弹簧参数的快速优化设计提供新的思路。     

含绕丝棒束低流速时阻力特性的实验研究

钠冷快堆含绕丝棒束组件低流速时的摩擦阻力特性，是设计钠冷快堆非能动事故余热排出系统的重要参数。使用水作为测量介质，采用改进的液柱测压方法，准确测量了一个有机玻璃材质37棒绕丝棒束组件雷诺数Re=200～1 100时的摩擦阻力特性。结果表明，被测量组件从层流向湍流转捩的临界Re为370。组件的入口段长度随着流速的增加而增大，随着流动开始向湍流转变而减小。现有的绕丝棒束摩擦阻力系数经验公式中，UCTD公式与实验值最接近：在层流区，UCTD公式高估了约7%,在层流向湍流转换区，UCTD公式计算值与实验值基本一致。同时，UCTD和CTS公式还高估了组件从层流向湍流转捩的临界Re。     

某核电厂控制棒测量棒位跳变问题分析与处理

控制棒提供堆芯反应性控制与停堆裕量,其真实物理棒位由棒位测量系统监测。某核电厂棒控与棒位测量系统设备换型后,在系统调试阶段出现了真实棒位不变测量棒位频繁跳变的问题。本文通过棒位测量原理及后处理电路特性研究,结合已有数据分析,确定了棒位频繁跳变根本原因是探测器初级线圈供电不同频同相,并给出了棒位探测器参数设定方法。通过现场采集数据,开发棒位探测器校准数据处理软件解决了该核电厂棒位跳变问题,同时针对测量棒位跳变问题的根本原因提出了硬件层面的优化建议。      

Control rod position measurement by two-electrode capacitance sensor in nuclear heating reactor

ABSTRACT

This study employed a new method for measuring the ungrounded/grounded control rod position. In this connection, a sensor system based on the two-electrode capacitance is applied to measure the rod position in NHR. The application of the capacitance sensor is extensively developed with measuring insulating objects. However, the capacitance sensors measuring for ungrounded/grounded control rod position are seldom studied earlier. In addition, the proposed model was set up with ungrounded/grounded control rod for the two-electrode sensor. According to the different electric properties of ungrounded and grounded control rod, this apparatus determines the control rod position using an interface electronics method and two-electrode capacitance sensor. The subsequent experiment and calibration analyses on the data indicate the high reliability and accuracy of the apparatus for monitoring rod position. It is demonstrated that such a system can be applied to automatic real-time monitoring of control rod positon in nuclear heating reactor.     

核电厂指套管磨损涡流检查深度定量的影响因素研究

The result of the eddy current inspection for the thimble tube of a nuclear reactor neutron flux measurement system is the reference for the nuclear power plant to take maintenance actions. Based on the currently-used eddy current inspection method, the effect of the parameter variation of the tube defect on the depth quantification is analyzed. The results show that when the angle of the defect circumferential is less than 210°, it has a greater effect on the eddy current measurement depth quantification and when the defect length is less than 20mm, the effect of the defect depth quantification is obviously. The measurement depth in the eddy current of the crescent-type defect is smaller than the design depth. When the circumferential position of two defects is constant, the overlapped defect has no effect on the measurement, but the overlapped defect will have serious influence for the measurement result if the circumferential position of the two defects changes.     

核电厂指套管磨损涡流检查深度定量的影响因素研究

反应堆中子注量率测量指套管的涡流检查结果是核电厂维修行动的参考依据。基于现用的涡流检查方法，分析了指套管磨损缺陷的参数变化对涡流检查深度定量的影响，结果表明:周向磨损宽度在210°以内时对涡流测量深度定量的影响较大；轴向磨损长度小于20 mm时，对深度定量的影响明显；月牙型磨损的涡流测量值偏小；在2次磨损的周向位置不变的情况下，磨损叠加对测量无影响，当2次磨损的周向位置变化时，磨损缺陷叠加对测量结果影响较大。      

Identification of damping mechanism of TRR-II reactor control rod during free fall insertion

In light water reactors, control rods are in general inserted into reactors by gravity. In order to achieve a rapid shutdown, it is required to insert control rods as fast as possible. On the other hand, a control rod with a fast falling velocity would impose a substantial impact to reactor structure as well as to the rod itself. Therefore, a damping force must come into effect, especially during the final stage of the free fall of the control rod. The purpose of this study is to develop a mathematical model and a numerical simulation to describe and identify the damping mechanism; and apply this model to the design of the control rod used in TRR-II reactor of the Institute of Nuclear Energy Research (INER) of Taiwan.The damping effect of a falling control rod comes from two factors: the viscous shear stress occurred in a narrow gap between the rod and an outer tube which confines the lateral movement of the rod, and the pressure force exerted on the rod by the compressed water under the rod. The viscous shear stress can be analyzed by assuming a couette flow between the rod and the outer tube similar to the viscous force occurred in rheology. In doing this, the flow rate in each flow path is closely related to the pressure gradient in the flow path and can be evaluated using an electrical circuit analogy. The results of the code prediction were compared to the experimental results as carried out by the INER. Finally, a parametric study was applied to estimate the effects of the various factors including gap thickness, size of the flow holes, and other geometric considerations on the rod falling velocity. The results of this study can serve some technical support during the stage of rod design and manufacture.     

西安脉冲反应堆半实物仿真系统设计研究

为了给在建中的西安脉冲堆数字化仪表与控制系统提供调试用模拟信号源、验证功率调节方法以及人员培训等,研制了一套西安脉冲反应堆半实物仿真系统。提出了半实物仿真系统的设计思想,设计了系统框架。改进了堆芯仿真物理模型,使用MATLAB编制了堆芯实时仿真程序。采用组态王软件编制了人机界面,采用可编程控制器S7-200进行棒位控制和棒位测量。研制了控制棒驱动机构模拟件、信号发生器和手动操作盘等多个硬件设备,建立了系统内部的通讯。在该半实物仿真系统上模拟了升、降控制棒的功率变化和发射脉冲后的脉冲参数,与堆上实验结果符合较好,测量了信号发生器的输出信号,与预期一致。结果表明,该半实物仿真系统能够实现设计目的且性能良好。      

一种快速搜索临界棒位方法的开发与评价

搜索堆芯临界棒位是反应堆堆芯物理设计的重要内容，传统的线性插值方法在搜索临界棒位时需要多次迭代，效率低、花费时间长。本文提出了一种基于控制棒价值函数的临界棒位快速搜索方法，得到了控制棒组价值与棒位的函数关系，并应用于三维堆芯中子学程序PBRT。通过与线性插值法对比发现，控制棒价值函数法搜索的临界棒位满足临界搜索收敛准则，搜索效率明显提高，是一种合理可行的快速调棒搜索临界方法。     

大功率压水堆PCS水分配试验系统设计与实现

针对大功率非能动安全壳基准事故下的水流特征,采用和原型安全壳相同尺寸比例及切片形式,设计了椭球扇面试验台架装置和相应的测量系统以研究安全壳穹顶水膜覆盖率和延迟时间等关键参数与冷却水流量之间的关系。同时开发了大空间曲率表面的视频测量系统,通过电容探针及其三维可调节支架系统实现了本体各处的水膜厚度非接触式测量,并对关键测量系统进行了标定。初步分析结果表明,试验本体及回路设计合理可行,获得了水膜覆盖率和相对延迟时间随雷诺数的变化关系。