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。     

一体化压水堆双恒定运行方案控制策略研究

采用直流蒸汽发生器的一体化反应堆,由于其蒸汽发生器二次侧水容积小,储热能力弱,给反应堆的运行调节提出了更高的要求。双恒定运行方案集合了一回路冷却剂平均温度不变和二回路蒸汽压力不变两种运行方案的优点,对一、二回路都有利。本文以IP200一体化反应堆为研究对象,建立一体化反应堆的稳态分析模型,利用RELAP5瞬态分析程序,对其一回路侧和蒸汽发生器二回路侧进行热工水力分析,在此基础上研究了一体化反应堆双恒定稳态运行特性。结果表明,装置负荷在15%～100%FP(满功率)范围内变化时,控制策略能够维持冷却剂平均温度和蒸汽压力的恒定。     

基于H∞回路成形方法的蒸汽发生器水位控制系统主控制器参数整定

针对U形管蒸汽发生器水位前馈 反馈串级三冲量控制系统的主控制器PID参数整定困难,且鲁棒性要求高的特点,给出了一种基于H_∞回路成形方法的主控制器PID参数整定方案。在负荷变化情况下,对采用传统方案整定主控制器的PID参数和H^∞回路成形方法整定主控制器的PID参数蒸汽发生器水位控制系统进行了对比仿真实验。仿真结果表明,采用该方法整定的控制系统具有良好的鲁棒稳定性和较好的控制性能。     

采用OTSG的一体化核动力装置运行协调性分析与仿真

以采用直流蒸汽发生器(OTSG)的小型核动力装置(MRX)为研究对象,基于堆芯和蒸汽发生器等主要部件的数学模型,按照MRX控制方案设计双恒定运行的控制方法,以实现装置在功率变化时的快速跟踪响应。Matlab/Simulink软件仿真结果显示MRX系统的控制方案是有效的,二回路系统的动作时间相对较长,给水流量变化的速度低于一回路负荷的变化,在实际应用中应考虑采用快速响应的电动泵。     

套管式双面加热蒸汽发生器的热工水力分析

为研究套管式双面加热蒸汽发生器在稳态和瞬态过程中的热工水力特性，建立了描述蒸汽发生器物理现象的一维均匀流数学模型。应用该模型，开发了可计算稳态和瞬态工况下一回路和二回路冷却剂温度场、焓场的直流蒸汽发生器热工水力程序。计算结果对直流蒸汽发生器结构设计、运行具有指导意义。      

基于Apros的套管式蒸汽发生器给水控制优化研究

针对套管式蒸汽发生器强耦合性造成的给水控制问题，以采用套管式蒸汽发生器的商用模块化小型反应堆汽水循环系统为研究对象，基于APROS软件建立汽水循环系统仿真模型。稳态仿真结果表明，仿真模型具有较高的仿真精度，满足仿真分析需求。通过升降负荷瞬态仿真试验，研究了套管式蒸汽发生器瞬态运行特性，研究结果表明，采用传统控制方案时，蒸汽流量和给水流量负荷跟随性较好，但蒸汽压力存在较大波动，且在功率由80%FP(FP为满功率)降至50%FP时会触发蒸汽排放。针对该问题提出了给水控制优化方案，仿真试验结果表明，优化后蒸汽压力波动范围明显降低，未触发蒸汽排放动作，系统安全性和稳定性得到了有效提升。     

基于模糊神经网络的直流蒸汽发生器压力协调控制

针对直流蒸汽发生器水容积小,蓄热能力小,数学模型具有不确定性和非线性,在负荷变化或受到扰动的动态过程中出口蒸汽的压力难于控制的特点,引入了协调控制思想,将蒸汽发生器出口蒸汽流量与给水流量引入到控制系统,将模糊神经网络应用到直流蒸汽发生器出口压力的控制中,在线调整神经网络的权值,在此基础上设计了基于模糊神经网络的直流蒸汽发生器压力协调控制器。仿真结果表明,该控制较PID控制具有更小的超调量和调整时间,对实际控制系统设计具有一定的参考价值。     

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。     

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.     

10MW高温气冷堆控制方案研究

在清华大学核能设计研究院开发的高温堆可视化仿真控制平台上进行了10MW高温气冷堆动态特性研究,并结合其运行特点和控制要求设计了3种控制方案,采用比例积分与微分控制方法,在高温堆可视化仿真控制平台上进行了控制方案的仿真比较。控制的重点在于维持直流蒸汽发生器的出口蒸汽温度恒定,同时兼顾反应堆出口热氦气温度不超出保护限值。仿真结果表明,采用给水泵调节给水流量来控制蒸汽温度,并通过氦风机调节氦流量保持与给定功率成比例,避免跨回路调节,静态解除了由于氦流量的变化对一、二回路的耦合问题,能够获得理想的控制效果。     

低参数直流蒸汽发生器稳定性实验研究

针对核供热堆的低温、低压运行条件，建立了大盘管直流蒸汽发生器热工水力学实验系统，实验研究了低参数条件下入口流动阻力、运行负荷和蒸汽发生器出口压力对直流蒸汽发生器稳定性的影响。结果表明：入口节流阻力比、运行负荷、系统压力对直流蒸汽发生器稳定性有影响，通过调整入口节流阻力比，直流蒸汽发生器可在低压参数下稳定运行。     

船用核动力装置稳态运行方式探讨

根据船用核动力装置运行的特点，在分析研究冷却剂平均温度和蒸汽压力恒定的所谓“双恒定”运行方式的基础上，提出了在装置运行的低负荷区域保持冷却剂平均温度和蒸汽压力恒定的“准恒定”运行方式，分析了其稳态运行特性。     

直流蒸汽发生器的广义预测自校正控制仿真研究

为了进一步提高直流蒸汽发生器的动态控制性能,在阐述了直流蒸汽发生器的数学模型的基础上,提出将广义预测自校正控制算法应用于直流蒸汽发生器主要参数的控制中,包括控制结构和控制器设计.仿真结果显示当蒸汽发生器经历较大的变工况负荷扰动时,广义预测自校正控制律比经典PID控制律下的蒸汽发生器主要参数变化响应要快10 s左右,而经典PID控制律下的主要参数值要比广义预测自校正控制律产生较大的超调.表明所采用的广义预测自校正控制算法能够较好的控制直流蒸汽发生器主要参数的输出,可以获得较好的控制效果.     

10MW高温气冷堆蒸汽发生器稳定性实验研究

介绍了１０ＭＷ高温气冷堆盘管式直流蒸汽发生器双管工程模拟实验回路的技术特征和主要技术指标。实验系统用高温氦气作为热源,采用１：１全尺寸模拟,进行卫３０％负荷工况两相流稳定性验证实验、入口过冷度、蒸汽出口压力、流量及入口阻力对两相流稳定性影响的研究。结果表明,蒸汽发生器３０％负荷设计工况下,蒸汽出口压力２．５￣４．０ＭＰａ、给水温度７５￣１８０℃、入口节流阻力大于４０ｋＰａ时系统能稳定运行;蒸汽发生     

环隙窄缝通道管间脉动不稳定性分析

针对套管式直流蒸汽发生器传热管环隙窄缝通道的流动,利用RELAP5/MOD3.4程序进行计算分析,讨论了节点数目和并行通道根数对流动不稳定起始点的影响。结果表明：在利用程序进行计算前需对所分析问题的节点数目进行优化选取。根据优化结果,分析了套管式直流蒸汽发生器平行通道的流动不稳定性,得出了进出口节流、进口欠热度、系统压力、进出口段长度、不均匀节流、不均匀加热等因素对环隙窄缝多通道流动不稳定性的影响。     

HTR-PM直流蒸汽发生器的建模与分析

球床模块式高温气冷堆核电站示范工程（HTR-PM）采用两座模块式高温气冷堆带一台汽轮发电机组的技术方案,为了开展其运行特性研究,清华大学核能与新能源技术研究院开发了针对HTR-PM的工程模拟机,其中螺旋管式直流蒸汽发生器的模型还需进一步完善。本文深入分析了螺旋管式直流蒸汽发生器的流动、换热规律,明确了蒸汽发生器一次侧和二次侧的流动与换热模型,通过对稳态工况中分布数据的详细分析,说明了模拟结果的正确性。为适应更多模块的高温气冷堆核电站的运行分析要求,通过网格划分方案的讨论与优化,在保证实时性的前提下,提高了蒸汽发生器中流动与换热模拟的准确性,为下一步采用工程模拟机开展其运行特性研究打下基础。     

小型压水堆核电厂蒸汽排放控制系统仿真研究

小型压水堆核电厂通常采用结构紧凑的直流蒸汽发生器,在甩负荷工况下,其蒸汽压力急剧升高。为防止蒸汽压力过高对设备造成损坏,本文在建立小型压水堆一、二回路设备模型以及控制系统的基础上,分别基于压力模式、温度-压力和功率-压力模式设计蒸汽排放控制系统,并在甩负荷工况下开展小型压水堆系统的仿真研究。结果表明,在甩负荷工况下,与压力模式相比,温度-压力和功率-压力模式能够有效减小蒸汽压力的超调量。     

IPWRs非能动余热排出系统运行特性分析

由于结构紧凑和采用模块化及非能动安全技术,一体化压水堆(IPWRs)特别适合于舰船核动力装置的应用。本文研究对象为基于固有安全一体化动力堆UZrHx和俄罗斯一体化压水堆ABV-6M的运行特点而概念设计的一体化压水堆。堆芯采用弧形板状燃料元件,直流蒸汽发生器形式为套管式,利用3个回路的自然循环排出堆芯余热的非能动余热排出系统以及一套能动的停堆冷却系统。运用RE-LAP5/MOD3.4程序对该反应堆在全船断电事故工况下反应堆停堆,非能动余热排出系统和能动停堆冷却系统分别投入运行进行仿真计算,分析其热工水力动态特性,保证堆芯安全。     

不同运行工况下蒸汽发生器热工水力稳态特性数值研究

基于相似模化理论建立了蒸汽发生器一、二回路流体及传热管流 固耦合传热的单元管三维物理模型,对大亚湾核电厂蒸汽发生器不同工况下的热工水力稳态特性进行了数值模拟研究。采用热相变模型描述二回路汽液两相流动与换热、流-固耦合模型描述一回路冷却剂借助U型管与二回路流体换热。数值计算结果表明：满负荷运行时,传热管内壁温度变化趋势与一次侧流体基本一致,外壁温度与二次侧流体温度变化趋势相同;截面平均含汽率沿传热管高度的升高呈上升趋势,出口质量含汽率与大亚湾核电厂实际运行参数相符;随负荷降低一回路出口温度基本不变,二回路出口温度升高,质量含汽率及传热系数下降,平均传热系数与Rohsenow经验关联式的计算结果基本吻合。