直管式直流蒸汽发生器的热工水力特性分析与计算

采用可移动边界差分法对流体的基本守恒方程进行差分，将流体各参数及节点的位置转化为时间的函数，通过设定各传热区间边界点的特征，求出各传热区的长度及边界点。选用了合适的传热关系式，编制了直流蒸汽发生器的稳态及瞬态热工水力特性分析计算程序ＭＯＦＳ，对Ｂ＆Ｗ公司的１９管直管式直流蒸汽发生器实验装置进行稳态计算，与实验数据取得了很好的一致，与ＴＲＡＣＰＦ１等计算程序的计算结果符合也很好。     

套管式直流蒸汽发生器动态特性仿真研究

套管式直流蒸汽发生器是一种采用双面传热的新型蒸汽发生器.在中心管和环管外侧与环形通道流体间热流密度相等的假设基础上,合理选择集中参数并应用可动边界的处理方法对套管式直流蒸汽发生器传热管进行了动态仿真.仿真结果与热工水力定性机理分析结果及相关的试验结果相符,从而验证了仿真方法是有效的.     

套管式直流蒸汽发生器的换热特性优化

介绍了一种双面换热的套管式直流蒸汽发生器,其元件由直管外管和螺旋内管组成。这种结构的蒸汽发生器虽强化了换热,却增加了流动阻力,因而存在沿轴向的螺距变化使阻力增加最小而使总体换热量达到最大的最优化问题。通过分析内管螺距对强化换热和流动阻力的影响,采用有约束非线性优化方法对螺距进行了优化。在不同的换热区得出了不同的优化结果,可为直流蒸汽发生器的工程设计提供理论依据。     

套管式直流蒸汽发生器动态实时仿真研究

基于基本的流体质量、能量和动量守恒原理,建立了套管式直流蒸汽发生器的动态数学模型。该模型采用集总参数和移动边界的建模方法,将直流蒸汽发生器流道分为欠热段、沸腾段和过热段。采用Gear算法求解,对建立的模型进行稳态和动态仿真,并利用RELAP程序进行校验。结果表明：所建立的模型是正确和有效的,能用来进行直流蒸汽发生器的动态特性实时仿真。     

直流蒸汽发生器动态特性与小破口故障仿真研究

以B&W直流蒸汽发生器为对象,基于过程仿真软件（APROS）支撑平台中的基本模块,建立了图形化的直流蒸汽发生器仿真模型。对模型进行变工况下的稳态和动态仿真,由结果可知,一次侧入口焓值与二次侧出口压力对稳态特性影响最大,一次侧入口温度对动态特性影响最大。进一步研究直流蒸汽发生器发生换热管破裂事故时,破口位置和破裂程度对其运行特性的影响。结果表明,破口发生位置接近一次侧入口时,对直流蒸汽发生器运行影响最大;换热管破裂对直流蒸汽发生器运行特性的影响随着破裂程度的增加而增大。      

直流蒸汽发生器稳态流动沸腾实验研究

一体化压水堆通常采用直流蒸汽发生器,对直管直流蒸汽发生器在稳态条件下的流动沸腾特性进行了理论分析和实验研究,理论分析采用更为细致的两相区分区段计算模型,在两个不同的工况下进行了流动沸腾实验,结果证明了理论计算模型的合理性和可信性。     

套管式直流蒸汽发生器负荷跟动态特性分析

新型核动力装置采用紧凑型的套管式直流蒸汽发生器,根据传热特点,对其热工特性进行了分析。采用主冷却剂平均温度不变和二回路侧蒸汽压力不变的双恒定运行方案及经典PID控制器和负荷跟随运行模式,结合SCDAP/RELAP5/MOD3.4程序,研究了套管式直流蒸汽发生器的动态特性,分析了降负荷时套管式直流蒸汽发生器的动态响应过程。结果表明,通过优化PID控制器参数,对给水流量进行精确控制,可满足蒸汽压力恒定的控制策略,实现双恒定运行方案,使一、二回路的运行达到较好的协调;套管式直流蒸汽发生器升降功率速度快,蒸汽压力稳定,且动态响应时间短。     

套管式直流蒸汽发生器负荷跟随动态特性分析

新型核动力装置采用紧凑型的套管式直流蒸汽发生器,根据传热特点,对其热工特性进行了分析。采用主冷却剂平均温度不变和二回路侧蒸汽压力不变的双恒定运行方案及经典PID控制器和负荷跟随运行模式,结合SCDAP/RELAP5/MOD3.4程序,研究了套管式直流蒸汽发生器的动态特性,分析了降负荷时套管式直流蒸汽发生器的动态响应过程。结果表明,通过优化PID控制器参数,对给水流量进行精确控制,可满足蒸汽压力恒定的控制策略,实现双恒定运行方案,使一、二回路的运行达到较好的协调;套管式直流蒸汽发生器升降功率速度快,蒸汽压力稳定,且动态响应时间短。     

直流蒸汽发生器控制系统研究

在所建立的直流蒸汽发生器动态数学模型基础上,研究和分析了直流蒸汽发生器在各种扰动下尤其在负荷变化下的响应,得到了在这些扰动下直流蒸汽发生器压力和各段长度的变化规律。在此基础上研究了串级控制系统和基于神经网络的自学习模糊控制系统,并进行了控制系统仿真研究,结果显示两种控制系统都具有较好的控制能力。研究结果对实际直流蒸汽发生器的控制系统设计具有一定的指导意义。     

基于RELAP5程序的直管式直流蒸汽发生器敏感性分析

直流蒸汽发生器内二回路侧的工质水经历了复杂的相变过程,流型转变和传热情况比自然循环式蒸汽发生器要复杂。本文以B&W公司的19管直管式直流蒸汽发生器实验装置为研究对象,采用最佳估算程序RELAP5/MOD3.4对其进行建模分析,研究了节点划分个数、计算时间步长、不同算法和分析方法对计算结果的影响,研究了系统程序RELAP5在分析存在有剧烈相变问题时需注意的不确定性因素。结果表明：应适当增加控制体的划分个数、降低计算时间步长;注意两相流模型的选择使用;注意两种算法的使用场合;同时应选择多通道的分析方法。     

螺旋管式直流蒸汽发生器壳侧流场数值模拟方法研究

铅冷快堆（LFR）采用一体化堆芯设计方案,其中的直流蒸汽发生器（OTSG）多采用螺旋管式结构以使整体结构小型紧凑。为研究LFR中螺旋管式OTSG壳侧铅铋冷却剂的流动传热特性,利用FLUENT软件,采用一种分区段计算方法,通过管壁热流密度拟合公式对螺旋管式OTSG壳侧进行了三维数值模拟。最终验证了该分段计算方法的正确性,分析了OTSG壳侧铅铋冷却剂的流动传热特性,获得了其速度、温度以及压力场的计算数据,为下一步OTSG流致振动分析和高温应力计算提供了依据。      

直流蒸汽发生器分组运行对流动不稳定的影响

一体化压水堆通常采用多个直流蒸汽发生器（OTSG）,在特定运行条件下,OTSG二次侧会出现流动不稳定现象,如何避免流动不稳定现象的发生是保证OTSG安全、稳定运行的难题。由于OTSG的流动不稳定出现在一定的运行区域,在低负荷时可采用OTSG分组方式运行,以保证运行的OTSG不发生流动不稳定现象。本工作采用RELAP5/MOD3.4程序对系统的运行特性进行分析,在讨论分组运行避开流动不稳定现象的同时,对OTSG分组运行模式在一体化压水堆核动力装置快速变负荷过程中的应用进行了特性研究。结果表明,OTSG分组运行方案可有效地避开流动不稳定区间,保证一体化压水堆核动力装置低负荷工况稳定运行。     

模块式小堆超压风险及设计优化研究

模块式小堆采用带直流蒸汽发生器（OTSG）的一体化堆芯设计。OTSG具有传热面积大、设备体积小、蒸汽品质高的优点,然而因其二次侧水装量小、热惯性差,当反应堆发生二次侧排热减少时,反应堆冷却剂系统（RCS）可能存在超压风险。紧凑的一体化布置使得堆芯应对冷却剂受热膨胀的能力减弱,进一步增大RCS超压风险。本文采用RELAP5程序对模块式小堆的超压风险进行了研究。研究结果表明,模块式小堆在二次侧排热减少事故中会出现RCS超压现象,其中汽轮机事故停机导致的超压后果最为严重。波动管的流通面积对于RCS压力有着显著影响,合理地设计波动管流通面积可缓解RCS超压。     

钠冷快堆直流式蒸汽发生器固定网格与滑移网格模型对比分析

根据钠冷快堆核电厂直流式蒸汽发生器(OTSG)的热工水力特性,基于固定网格模型和滑移网格模型编制了OTSG瞬态分析程序OTAC。对美国能源技术工程中心(ETEC)的OTSG停闭实验进行了模拟,并将计算值与实验值作了对比分析。结果发现,两种模型的计算值与实验值吻合较好,其中固定网格模型只有在网格数目足够多时才能避免计算结果的突跳,而滑移网格模型可在较少网格数目下取得很好的计算效果,提高了数值稳定性,避免了计算结果的不连续。     

A decade''s experience in chemistry maintenance of once through steam generator of fast breeder test reactor

The steam generator of fast breeder test reactor (FBTR) at Kalpakkam (India) is a once through Steam Generator (OTSG) which requires the feed water at high purity level. Therefore, for maintaining feed water chemistry, all volatile treatment (AVT) is adopted along with a full-flow deep bed Condensate Polishing Unit (CPU) in the steam water system. Operational difficulties such as premature termination of operation cycle of the CPU, enhanced impurity pickup resulting in increased load for CPU, early silica breakthrough, etc. were observed on occasions. This paper describes the modifications carried out in the steam water circuit to overcome these problems. A decade's experience in operating the CPU and maintaining the feed water quality is also discussed.     

直流蒸汽发生器的自抗扰控制研究

直流蒸汽发生器（OTSG）水容量小,蓄热能力小,其数学模型具有不确定性和非线性的特征,在存在扰动及负荷变化时,蒸汽压力会出现较大波动,对系统设备产生不利影响。常规比例-积分-微分（PID）控制存在超调、抗扰动性能差等问题,难以满足系统性能需求。针对上述问题,本文使用自抗扰控制器（ADRC）对OTSG的蒸汽压力进行控制。但由于ADRC待整定参数较多,调节比较困难,本文对混合蛙跳算法（SFLA）进行改进优化,用于ADRC参数的整定寻优,并建立仿真模型进行仿真试验研究。结果表明：采用改进SFLA进行参数自整定的ADRC能够实现对OTSG快速无超调的跟踪控制,减小了蒸汽压力的控制误差,并具有良好的抗扰动能力。     

钠冷快堆二回路系统热工水力瞬态分析程序SELTAC的开发与应用

针对钠冷快堆二回路系统的具体结构和运行特点,对中间热交换器、直流蒸汽发生器、钠缓冲罐以及泵、管道等设备和部件建立模型,采用FORTRAN语言自主编制了二回路系统热工水力瞬态分析程序SELTAC。利用中国实验快堆的停堆试验数据对所编制程序进行了初步验证。结果表明,程序计算值与试验值趋势一致,最大相对偏差不超过4.34%,吻合程度较好。将验证后的程序与一回路系统程序耦合,分析了某600 MW钠冷快堆在主热传输系统保持排热能力时的紧急停堆工况,得到了二回路系统的瞬态特性,为大型商用快堆电站的设计提供了参考。     

蒸汽发生器传热管密度波振荡现象研究

蒸汽发生器传热管内伴有两相流的产生,研究两相情况下传热管内密度波不稳定现象,对控制核反应堆安全运行有着至关重要的作用。通过数值计算,研究了双侧对流换热条件下的传热管密度波震荡（DWO）现象。引用Babcock&Wilcox公司的直流式蒸汽发生器（OTSG）实验进行计算模型的可靠性验证;将传热管双侧对流换热与壁面均匀加热条件下的流动不稳定现象进行比较;分析管内流体加热段高度、流动方向变化时,不稳定边界的移动情况。结果表明,增加加热段高度、适当减少传热管水平方向倾斜角度（50°~90°内变化）可以增加系统的稳定性。该研究可以为螺旋管式蒸汽发生器设计提供参考。      

固定边界与移动边界直流蒸汽发生器模型的比较

介绍了一种直流蒸汽发生器的可移动边界模型。该模型按流体相的不同把蒸汽发生器划分为过冷区、两相区和过热区 3个部分。利用该模型编制了直流蒸汽发生器的瞬态热工水力分析程序。编制了固定边界模型的仿真程序。与试验数据及固定边界模型计算结果比较 ,表明可移动边界模型同时具有计算速度快和精度高的特点 ,是直流蒸汽发生器动态仿真的一种比较理想的模型