HTR-10蒸汽发生器的建模及分析

为开发适用于球床模块式高温气冷堆HTR-10的模拟机,采用一体化仿真支撑平台vPower建立了蒸汽发生器的实时热工水力模型。模型以传热方程为基础求解两侧工质及金属管壁的温度和焓,以流体网络为基础求解两侧工质的压力和流量。本文讨论了3种节点划分方案,针对不同节点划分方案的适用范围提出了建议并采用96节点划分方案进行后续研究。此外,通过分析确认了模型在稳态工况下主要参数和分布参数的准确性和合理性,并在100%功率稳态工况的基础上模拟了氦气侧流量阶跃的场景,分析了模型中主要参数的变化过程。动态仿真结果表明,氦气流量阶跃会引起一、二次侧参数不同程度的变化,变化幅度与阶跃程度呈正比,且金属管壁和水侧热容、二次侧参数变化速率相对缓慢,模型再平衡时间较短,表明HTR-10采用的螺旋管式直流蒸汽发生器的热惯性相对较小。     

HTR-10蒸汽发生器的建模及分析

为开发适用于球床模块式高温气冷堆HTR-10的模拟机,采用一体化仿真支撑平台vPower建立了蒸汽发生器的实时热工水力模型。模型以传热方程为基础求解两侧工质及金属管壁的温度和焓,以流体网络为基础求解两侧工质的压力和流量。本文讨论了3种节点划分方案,针对不同节点划分方案的适用范围提出了建议并采用96节点划分方案进行后续研究。此外,通过分析确认了模型在稳态工况下主要参数和分布参数的准确性和合理性,并在100%功率稳态工况的基础上模拟了氦气侧流量阶跃的场景,分析了模型中主要参数的变化过程。动态仿真结果表明,氦气流量阶跃会引起一、二次侧参数不同程度的变化,变化幅度与阶跃程度呈正比,且金属管壁和水侧热容、二次侧参数变化速率相对缓慢,模型再平衡时间较短,表明HTR-10采用的螺旋管式直流蒸汽发生器的热惯性相对较小。     

无限大芯部热容板翅式回热器动态性能研究

针对高温气冷堆直接氦气透平循环中的板翅式回热器，研究提出一仅考虑回热器芯部热容的集总参数模型，即无限大芯部热容的集总参数模型，并利用四阶龙格 库塔方法求解该模型，求解过程中考虑温度对气体物性的影响。利用该模型，分析了在入口温度、流量阶跃和斜坡扰动下回热器出口温度的响应过程。在此基础上，分析了高温气冷堆直接氦气透平循环中的功率调节过程及透平甩负荷过程时回热器出口温度和芯部温度的响应过程。     

高温气冷堆螺旋管蒸汽发生器流量漂移不稳定性研究

建立与氦气对流换热的并联螺旋管蒸汽发生器数值模型,分别采用一维飘移流模型和一维可压缩流动模型描述水侧和氦气侧的流动。在此基础上研究了球床模块式高温气冷堆核电站螺旋管蒸汽发生器内的流量漂移不稳定性。动态计算结果表明,在一定条件下蒸汽发生器内有可能发生流量漂移,不同传热管流量可相差几倍,而出口温度则相差几百度。通过对质量流速-压降曲线的分析,发现热负荷对稳定性起主导作用,热负荷越大越易发生流量漂移,且边界质量流量随热负荷呈线性增长。增大入口节流阻力和过冷度可以在一定程度上避免流量飘移。最后给出了蒸汽发生器流量飘移的稳定边界。     

高温气冷堆侧反射层纵向窄缝中的旁流研究

高温气冷堆的堆内构件由大量石墨块与碳砖构成,石墨块之间的窄缝会造成堆芯旁流,影响堆芯的流量与温度分布,需细致研究。石墨侧反射层有垂直方向的窄缝,是主要的旁流通道之一,氦气可能从冷氦联箱通过这些窄缝直接流入热氦联箱,也会与球床中的氦气发生横向交混。通过对球床流动及垂直窄缝中的旁流建立流体网络模型,分析了横向交混对窄缝旁流的影响,并讨论在不同窄缝大小及窄缝分布情况下旁流的变化规律。研究结果表明,球床边缘的氦气横向交混对旁流量影响较为明显,需在旁流分析中考虑,尺寸较大的窄缝对整个旁流的影响较为明显,窄缝尺寸较大时,堆芯的旁流量也更大。     

高温气冷堆模拟机的堆芯热工建模研究

为完成核电厂操纵员的培训和考试,需开展适用于高温气冷堆的模拟机研究。根据球床堆芯的特点,利用流体网络与传热网络建立了可实时计算的热工水力模型,讨论了球床中氦气沿径向的流动及换热对堆芯热工水力性能的影响。结果表明,在正常运行工况下,径向流动与换热对轴向流动的影响较小,模拟结果差别不大;而在失流不失压工况下,径向流动与换热对堆芯自然对流的形成、余热导出及整个瞬态过程的影响均较为明显,考虑径向流动与换热的仿真结果与设计软件的结果符合更好。考虑到模拟机仿真范围和逼真度的要求,在高温堆模拟机堆芯建模中需加入径向流动及换热模块。     

高温气冷堆螺旋管蒸汽发生器热工水力特性研究

高温气冷堆螺旋管蒸汽发生器结构复杂,运行工况严苛,为实现对高温气冷堆蒸汽发生器运行特性的快速预测,获得其正常运行及典型瞬态工况下的热工水力特性,本文建立了一套完善准确的螺旋管蒸汽发生器管壳两侧流动换热模型,开发了适用范围较广的蒸汽发生器系统热工水力分析程序STAGS;基于THTR-300反应堆蒸汽发生器验证了STAGS程序准确性和可靠性;以球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)为对象,开展了螺旋管蒸汽发生器满负荷工况下系统运行特性分析,获得了关键热工水力参数沿螺旋管分布以及管壳侧流体流量对蒸汽发生器运行影响规律,进而研究了管壳侧入口参数受扰动时蒸汽发生器关键热工参数响应特性。结果表明：管侧换热系数最大值受管侧流体流量影响较大,管侧流量增加10%时,管侧对流换热系数最大值增加约5 149.3 W/(m²·K);壳侧入口氦气热工水力参数的变化对蒸汽发生器的换热功率影响较为剧烈,壳侧流量突降10%以及入口温度突增20 K时分别导致蒸汽发生器换热功率降低968 kW和上升664 kW。     

高温气冷堆球床有效导热系数的计算模型及其在SANA基准试验分析中的应用

用THERMIX程序计算了石墨球床的温度分布。研究了高温气冷堆球床内部热量传递机制,给出了三种有效导热系数的分析方法和计算模型。以国际原子能机构(IAEA)关于“高温气冷堆在事故工况下的热传输和余热载出”问题的合作研究计划(Coordinated Research Program简称CRP)的SANA基准试验为基础,计算了球床内的温度分布和自然对流对传热的影响。计算结果与实验测量结果作了比较,证实了THERMIX程序和有效导热系数的准确性。     

HTR-PM二回路图形建模与仿真研究

介绍了在vPower仿真平台上嵌入THERMIX代码来研究紧凑型高温气冷堆仿真机的方法。根据模块式高温气冷堆示范电厂二回路系统的特点和结构,利用vPower仿真平台建立二回路各个系统的组态模型并进行稳态和瞬态仿真结果分析。结果表明,稳态值与设计值的误差均在2%范围内;额定工况下,主调节阀关小和给水流量减少2个典型瞬态响应过程曲线趋势合理,动态响应各项指标及最终稳定值满足要求;循环水泵关闭导致凝汽器循环水中断的事故情况下,因凝汽器真空过低调节主蒸汽阀门迅速关闭,主蒸汽流量减小同时汽轮机跳闸。     

高温气冷堆板翅式回热器的分布参数模型

板翅式回热器是高温气冷堆直接氦气透平循环中的重要部件.针对逆流板翅式回热器,提出了一个一维的分布参数模型来研究其动态性能,并用整场离散、整场求解的方法求解了该模型.通过对回热器高温侧入口温度扰动的模拟和分析,发现与扰动同侧出口温度的响应过程可以用一个带滞后的惯性环节来表达,而与扰动异侧出口温度的响应过程可以用一个过渡过程时问极短的惯性环节来表达.对于流量扰动而言,回热器出口温度的动态特性也可以采用惯性环节来表达.在此基础上,利用该模型模拟了一个温度和流量耦合变化的响应过程.结果表明该模型不仅能用于简单扰动的模拟,还可以用于复杂扰动的模拟和分析.