核电厂封闭空间横向多层电缆燃烧纵向温度分布特征研究

针对核电厂横向多层电缆火灾危害性，研究封闭空间内电缆燃烧产生的室内温度分布特征及热烟气层温度预测模型。基于2种典型的电缆布置，在封闭空间进行了横向3层电缆燃烧实验。实验研究结果表明，横向多层电缆燃烧产生的热烟气层温度存在明显的分层现象。基于室内中心纵向温度分布，可将室内电缆燃烧产生的热环境分为底层冷空气层、中层热烟气层和顶层顶棚射流层。采用封闭空间内非稳态温度预测模型，对横向多层电缆桥架电缆火灾的热烟气层温度进行预测。通过比较模型预测结果和热烟气层温度实验测量值可以得到:该模型可以精确地预测封闭空间内热烟气层温度的最大值，相对误差小于1%；由于模型低估了火灾衰减阶段的温度发展，导致该模型预测整个温度发展的全局误差在16.3%~27.8%之间。      

核电厂封闭空间内火灾火源功率预测模型及其实验验证

针对核电厂防火设计中使用的火灾区域模型模拟软件CFAST(Consolidated Model of Fire Growth and Smoke Transport)在火源模型方面的缺陷,提出耦合火源与热烟气层的热反馈相互作用的火源计算模型。为了验证新的火源功率计算模型的可靠性,基于核电厂保守性原则,分别进行了开放空间和封闭空间内横向四层电缆桥架电缆燃烧火灾实验。通过比较模型预测的火源功率和温度与实验测量值得到:相对于现有的区域模型软件的火源计算模型,新的火源功率计算模型使得整个火灾过程中火源的热释放速率预测精确度提高了11%;特别是在电缆火焰横向蔓延阶段,精确度提高了24.7%。更重要的是:因为区域模型软件CFAST火源计算模型忽略了烟气的热反馈作用,导致其基于开放空间火源热释放速率测量值计算的热烟气层温度小于实验测量值,该温度数据如用于防火设计将导致缺乏保守性;而修正后的火源计算模型通过耦合火源与热烟气层热反馈的相互作用,使得温度计算结果趋势性的大于实验测量值,使得预测结果趋于精确和保守。     

核电厂水平多层电缆托盘火灾数值模拟分析验证

本文基于火灾区域模型的分析方法,建立包含水平多层电缆托盘的燃烧模型,通过输出电缆燃烧时的动态热释放速率,为火灾区域模型分析电缆燃烧场景提供火源功率输入。通过将模拟结果比对美国NRC发布的核电厂火灾实验数据,验证该水平多层电缆托盘燃烧模型的精确性;通过电缆燃烧实验的热释放速率以及FLASH-CAT模型,对该燃烧模型的计算结果进行验证。分析比较表明,对于各层托盘及托盘内电缆类型均相同的工况,该燃烧模型与FLASH-CAT计算精度基本一致;但是对于托盘中布置有不同类型或不同长度电缆的工况,该燃烧模型的计算结果精度有显著提升。     

核电厂中临时可燃物的火灾影响区域研究

核电厂中的临时可燃物种类多且可能出现的位置范围广,是核电厂中的重要起火源之一。本文介绍火灾影响区域的一般计算方法;针对核电厂的特点,提出适用于核电厂中临时可燃物火灾影响区域分析的热气层分析方法和除热气层外其他火灾影响区域的立方体模型;以电缆为火灾目标物,计算出在临时可燃物的不同热释放速率取值下火灾影响区域的立方体模型大小。     

基于主控室电气柜火灾的CFAST程序参数不确定性分析

以核电厂主控室电气柜火灾为研究对象,利用蒙特卡洛抽样法对热释放速率和产烟率这2个参数进行抽样,并输入CFAST程序进行计算。通过统计烟气层温度和光学密度2个输出量的分布,获得主控室人员撤离时间和概率信息,为火灾概率安全分析当中事件序列定量分析提供基础数据。     

核电厂电缆温度预测改进模型

区域模型软件CFAST(Consolidated Model of Fire Growth and Smoke Transport)是经过美国核管会检验和验证的五款可用于核电评估的火灾模拟软件之一。本文针对火灾条件下的电缆温升,考虑了电缆芯的材料热特性,提出了改进的电缆温度预测一维热传导模型。同时,针对ICPMP(International Collaborative Project to Evaluate Fire Models for Nuclear Power Plant Applications)标准实验5种火灾工况,通过该实验的数据对改进模型进行了验证,得到了其优于原模型结论。     

基于FDS的核电厂主储油罐间防火阀响应控制效用模拟研究

通过应用火灾动力学软件FDS,建立了一套核电厂主储油罐间防火阀响应与失效两种状态下的对比模型,讨论了烟气形态、火焰形态、火源热释放速率及火灾温度场随时间的变化规律。研究表明,防火阀对于核电厂主储油罐间火灾事故的控制效果非常明显,通过火灾封锁法能够有效控制火源热释放速率,降低环境温度,体现了FDS应用在核电厂火灾预防方面的优势。     

1E级电缆概率可靠性剩余寿命预测方法

1E级电缆是影响核电厂安全、可靠运行的重要部件之一。由于受多种老化降质因素的影响,在整个电厂寿期内又难于进行定期维修更换,随运行时间延长会发生老化或降质,需要有效的状态监测方法来进行监督。压入模量因其现场无损特性和与断裂伸长率良好的对应性,能够有效的对电缆老化进行跟踪,是一种有效的电缆状态监测方法。为开发一种建立1E级电缆压入模量与断裂伸长率关系模型和使用概率可靠性分析预测其剩余寿命的综合方法,对国内核电厂某种典型的1E级电缆在399 K-360 Gy/h下进行了热-辐照加速老化,测试了护套和绝缘的断裂伸长率及护套的压入模量。建立了电缆护套压入模量与绝缘断裂伸长率关系模型,分析了其在不同工作温度下的可靠性,开发了基于概率可靠性分析的1E级电缆剩余寿命预测方法。结果显示,累积辐照剂量为375 kGy时,在313 K和338 K的工作温度下,电缆预期剩余寿命分别为60年和35年。该方法可推广到电缆其他老化机制剩余寿命预测上。     

基于REVENT实验的气溶胶再夹带模型适用性分析

在核反应堆事故后卸压等特定场景下,安全壳内液体大量蒸发,液相中气溶胶在蒸汽作用下被夹带回气相中的现象称为再夹带。本文基于Revent实验结果对KataokaIshi's和Cosandey's再夹带模型的适用性进行了评估。首先将模型转化为程序语言,针对实验建立分析模型并对不同工况开展模拟研究;然后通过对比分析模型预测结果与实验测量结果,评估了在不同压力、气体组分条件下,KataokaIshi's各夹带区域模型预测可溶性气溶胶再夹带行为的适用性,Cosandey's模型预测可溶性、不可溶性气溶胶再夹带行为的适用性。结果表明:Cosandey's模型更适用于预测核电厂事故工况下安全壳内不同种类气溶胶粒子再夹带行为。     

压力容器下腔室熔池结构计算方法研究

根据堆芯熔融物向下封头迁移的不同路径,给出压力容器下腔室内熔池结构的计算方法,并用MASCA实验结果对该方法进行验证。以百万千瓦级核电厂为对象计算全厂断电(SBO)事故工况下的熔池结构,结果表明,熔融物从侧面迁移到下封头,最终形成的熔池结构为3层。本方法可为熔融物堆内滞留条件下压力容器下封头的完整性判断提供条件。     

DBA条件下安全壳非能动余热导出系统的载热特性缩比试验分析

AP/CAP系列核电厂设计了安全壳非能动冷却系统（PCCS）,可以实现事故后72 h内对安全壳非能动冷却。但是,72 h后如顶部水箱不能及时补水,仅靠安全壳自身的散热能力很难将全部的余热带走,安全壳仍有超压风险。针对目前核电厂安全壳余热导出能力有限时长的短板,对一套创新的安全壳内热量非能动导出系统搭建试验台架以验证其载热性能。在设计基准事故（DBA）条件下,开展安全壳内不同压力、温度和气体组分条件下系统载热性能的试验研究。结果表明,DBA条件下该套系统的载热能力完全满足设计要求。本文进一步给出了适用于低过冷度条件的含不凝性气体管外冷凝换热系数关联式。      

低压下倾斜加热面临界热流密度模型研究

通过压力容器外部冷却实现熔融物堆内滞留已经成为先进非能动压水堆核电厂的一项重要的严重事故管理措施。这种措施能够成功的关键是压力容器下封头局部热流密度小于对应位置的临界热流密度(CHF)值。本文在气泡壅塞模型的基础上,开发出适合于低压下倾斜加热面的CHF机理模型。在模型的开发中,重点考虑了加热面倾角对气泡运动速度以及气泡层厚度的影响,同时修正了含气率的计算方法。模型预测值与实验测量值的误差在10%以内,说明本文的模型能较好的预测实验条件下的CHF值。     

严重事故下安全壳内氢气爆燃风险数值模拟研究

采用计算流体力学(CFD)方法对典型核电厂失水事故下的氢气分布和燃烧过程进行安全分析研究。首先基于火焰加速准则对安全壳内燃爆风险进行评估,采用大规模氢气燃烧实验确定了保守燃烧模型(CREBCOM)中的燃烧速率常数。对安全壳内的氢气燃烧过程的数值模拟显示:氢气燃烧过程产生的峰值压力接近7.0×10~5 Pa,将对安全壳完整性产生威胁。     

核电厂火灾PSA中火灾场景频率分析方法

核电厂的火灾场景频率分析是火灾概率安全分析的核心内容。本文根据美国NRC和EPRI的《核动力设施火灾概率风险评价方法》,介绍了核电厂内部火灾概率安全评价中,火灾场景频率的分析方法及参数不确定性的处理方法。以福清一期核电厂某房间的电气柜火灾为例,进行了定量分析计算,计算结果表明,在计算中考虑热释放速率参数不确定性的传递可以有效降低计算结果的保守性。     

钠滴氧化燃烧特性的实验研究

液态钠泄漏和燃烧是钠冷快堆在运行中一多发的常见事故。本文主要针对液态钠滴在不同初始温度(140~370℃)和氧浓度(4%~21%)条件下的氧化燃烧行为进行实验研究。实验通过1套钠滴燃烧装置和高速摄像机使钠滴的氧化燃烧行为可视化。实验结果表明:钠滴的初始温度和氧浓度越低,钠滴表面产生的柱状氧化物越长;在相同氧浓度条件下,钠滴初始温度越高,越易着火燃烧;钠滴初始温度在200℃以下时很难点燃,当有扰动破坏了表面的氧化层结构时,钠滴也会逐渐燃烧;钠滴初始温度在140~370℃的条件下,氧浓度≥12%时,钠滴能燃烧充分,最高温度基本可升至600~800℃;氧浓度12%时,燃烧并不充分,燃烧的最高温度均在600℃以下。这些结果对柱状流及雾状钠火的研究有重要的指导意义。     

时温平移法核级电缆热老化寿命评估及应用

基于时温平移法,根据非线性规划最优化确定平移因子,平移各温度组内老化寿命数据至参考温度,建立核级电缆热老化寿命模型。作为电缆老化状态监测管理必不可缺的工具,所建立的老化寿命模型可由状态指标推算电缆剩余寿命。基于此技术在Matlab GUI平台下开发的核级电缆热老化寿命评估的人机交互界面具有标准法、平移法两种计算模式,并能实现平移因子优化、活化能计算、老化寿命曲线拟合、老化机理一致性分析等功能。     

核电厂管线中的温度振荡现象研究

在核电厂中,如何更好地了解和预防由于温度振荡而导致的管线热疲劳,对于确保核电厂的安全和可靠运行具有重要意义。本文以核电厂安注系统某支管为研究对象,运用计算流体力学软件,结合二次开发,采用修正的k-ε模型,模拟了阀门渗漏冷水进入含有高温水的支管后所发生的温度振荡现象,并与实验测量进行了对比。数值模拟的结果和实验基本吻合,并全面地反映了整个管线中的温度振荡现象,为更好地监控管线热疲劳提供了参考依据。     

日本文殊快堆紧急停堆后堆芯出口腔室瞬态工况模拟研究

基于日本文殊快堆停堆实验数据,完成了文殊快堆上升桶通流孔结构分别为直角、圆角下堆芯出口腔室内较完整的热分层进程模拟,并从热分层的形成、界面上升速度、温度梯度及通流孔钠流量比率等方面对热分层特点进行深入分析。结果表明,数值模拟结果与实验结果符合较好,在一定条件下,数值模拟可很好地预测钠冷快堆内整体热工水力行为。本文结果为建立一套用于预测钠堆内复杂瞬态工况的数值模拟方法积累了经验。     

SACTI模型在核电厂大型自然通风冷却塔对局地环境影响预测评价中的应用

大型自然通风冷却塔造成的荫屏、太阳辐射损失、水沉积和盐沉积等环境影响已逐渐成为当前国内研究的热点。由于国内目前尚未有已建成的核电厂大型自然通风冷却塔,所以利用预测模型研究大型自然通风冷却塔的环境影响成为当前的一个关注点。首先介绍了美国Argonne国家实验室开发的冷却塔评价模型SACTI的基本原理和结构组成,以江西彭泽核电厂为例,与美国Amos电厂的预测结果进行比较分析,说明了SACTI模型在实际工作中的应用及影响其计算结果的主要因素。结果表明,在缺乏监测数据的情况下,SACTI模型的模拟结果具有重要的参考意义,同时本文的研究成果为深入开展该项研究工作提供了有意义的基础。     

RPV下封头熔融池换热特性数值模拟研究

熔融物堆内滞留（In-vessel Retention,IVR）指的是在核电厂严重事故发生后,通过在压力容器和保温层间隙注入冷却水防止压力容器熔穿失效。本文基于COMSOL Multiphysics软件建立了一个流-热-固耦合计算模型,对IVR技术作用下的反应堆压力容器（Reactor Pressure Vessel,RPV）下封头双层熔融池的演变过程进行了仿真研究。当前模型计算结果表明：在稳态分层的状态下,与氧化物层接触的下封头未发生明显的熔化,与金属层接触的下封头会发生明显的熔化,但在被冷却条件下依然可以保持压力容器的完整性。