650 MHz双cell超导腔冷氦气自动降温方案研究

本文以先进光源技术研发与测试平台(PAPS)中的650 MHz双cell超导腔的降温过程为主要研究对象,采用准则关系式法及计算流体力学方法构建了整体换热模型并编程计算,得到了降温过程中超导腔所需的冷氦气入口腔前参数。根据腔前参数反推流程,考虑整体布局和局部阻力的损失,计算了兑温阀门开度与腔前参数的对应关系,从而可通过兑温阀门开度时刻表来实现整体降温过程的自动控制。     

某核电止回阀开启过程中的瞬态流动与结构特征

为研究某核电止回阀在开启过程中的流动特征与部件的力学特征，采用商用计算流体动力学软件ANSYS Fluent和用户自定义函数（UDF），模拟了该阀门在高压工况下开启过程中的内部流动。在不同开度条件下采用流固耦合方法对阀门部件的力学行为进行了模拟，分析了阀体及阀芯的应力分布及变形情况。结果表明，随着阀门开度增大，过流断面的喉部与阀门出口出现高速区域；阀门入口段呈现较高的压力梯度；阀体上的最严重变形出现在喉部，变形量随开度变化呈现波动趋势；最大等效应力出现在阀门入口弯管处且最大等效应力随开度增加而减小；阀芯的最大变形量出现在靠近进口的一侧；最大等效应力出现在阀芯与弹簧接触区域，其随开度的增加呈现波动增长趋势。      

下泄调节阀开度对下泄流影响的数值分析

对某压水堆核电站化学和容积控制系统(RCV)的下泄管路,采用Flowmaster程序作为计算平台进行了正常工况下的热工水力计算.分析了下泄调节阀RCV013VP的开度对下泄流量以及下泄管路中的一些物理参数的影响.计算结果表明,RCV013VP的阀门开度小于60%时,阀门开度对下泄流量影响显著;阀门开度大于60%时,下泄流量不再随阀门开度增加而明显变化.正常工况下即使RCV013VP全开,下泄流冷却剂也不会发生气化现象,但随着RCV013VP开度的增加,下泄管路冷却剂压力会越来越接近其对应温度下的饱和压力.     

凝结水主调阀振荡分析及设计优化

凝结水主调阀振荡是核电厂凝结水抽取系统的常见问题，对机组安全稳定运行产生严重不良影响。以凝结水主调阀系统工艺参数为研究对象，计算发现阀门在振荡区间的压差偏大，存在空化现象；振荡区间的噪声较设计值也明显偏大。建立CFD流体仿真模型分析计算，结果表明，在某一特定开度区间，凝结水主调阀的阀芯受力波动明显，导致阀门产生振荡。在此基础上，设计特征化打孔阀笼，改善流体和阀芯受力状态；增大气动执行机构的刚度，提高阀芯抵抗受力变化的能力。阀门改进后动作平稳，运行一个循环后阀内件无异常。优化措施有效抑制了阀门振荡问题的发生，有力保障机组安全稳定运行。     

一种阀门排放分析验证方法的研究

以稳压器快速卸压截止阀为例,研究一种饱和蒸汽下阀门排放量的分析验证方法。将小开度、低压差下的阀门排放试验数值与理论计算数值对比,表明偏差在可接受范围内;将此试验数值带入推导公式,得到全开度、全压差下的阀门排放量;与ANSYS分析的全开度下排放量对比,发现实际推导排量与理论计算排量偏差为2.73%。研究结果表明,在试验能力不足情况下,可以采用小开度低压差的排放试验结合理论推导的方式分析阀门饱和蒸汽下的排量。      

可视化交互式核动力系统模拟平台VITARS的开发与验证

针对核反应堆系统热工分析软件RELAP5存在的人机交互不友好的问题,本文开发了可视化交互式核动力系统模拟平台VITARS。VITARS在可视化用户操作界面的基础上,满足RELAP5模块化建模、计算运行控制、计算结果实时显示和多RELAP5耦合计算的功能需求,还具备一个反应堆控制逻辑计算系统。通过VITARS用户可在计算过程中对阀门开度、主泵转速等参数进行手动调节。另外,得益于普适性的数据交互接口,VITARS还可作为一个交互平台,具有与其他热工水力程序耦合的可行性。最后通过对岭澳核电站机组的稳态模拟验证了VITARS的计算准确性。     

瞬态过程中闸阀的流场温场及形变分析

闸阀是反应堆一回路系统的重要部件,瞬态过程中流体温场的变化会影响阀体的温场变化,进而影响阀门的密封情况。本文使用计算流体动力学方法对包含部分管路系统的闸阀进行瞬态三维流固耦合分析。通过对闸阀内流体的流场和温场的模拟计算,获得了瞬态过程中闸阀阀体温场的变化以及由于温场变化导致的热变形和热应力;在此基础上对不同边界条件和不同阀门结构进行了计算分析和评价,其结果可供闸阀设计参考。     

阀门共振腔声源特性的数值研究

近年来,随着新建核电厂功率的不断提升和在役核电厂的升功率,部分核电厂的蒸汽干燥器出现了疲劳开裂问题。研究认为,该问题是由主蒸汽管道上的阀门腔体中产生了流致声共振而引起的。为了深入了解阀门声共振机理,为解决该问题提供技术依据,本文针对阀门共振腔的声源特性展开研究。采用声固耦合有限元方法进行声学模态分析,采用大涡模拟方法进行流场数值计算。计算结果表明:(1)阀门共振腔与所连接的管道中存在多个声学模态;(2)腔体和管道的几何参数对声模态的影响较大;(3)斯特鲁哈数St在一定范围内会导致峰值激励。模态分析与流体计算的结果基本一致,且与现有理论和试验数据吻合较好。本文工作和结论不仅有助于阀门中声共振机理的研究,也为揭示和解决核电厂蒸汽发生器中声共振引发的疲劳问题打下了坚实基础,具有很好的工程应用价值。     

HEPS超导高频腔低温恒温器氮低温制冷循环系统的热力学性能分析

高能同步辐射光源（HEPS）氮低温制冷循环系统为储存环隧道内的7个超导高频腔低温恒温器提供液氮冷量。氮低温制冷循环系统的热力学分析目的是针对HEPS超导高频腔低温恒温器的特点，建立系统的热力学分析模型，研究其工作过程，计算分析系统的制冷系数与循环增压比之间的对应关系。同时，考虑到系统的整体布局，进一步分析计算氮低温制冷循环系统中氮气压缩机和低温透平膨胀机的火用损，优化了系统的热力学设计参数。HEPS氮低温制冷循环系统的热力学性能分析与计算结果对于系统最优化设计和后期工程实践具有一定的指导意义。     

核电厂汽轮机甩负荷中调阀阀位反馈与指令偏差超限原因分析

某1000 MW核电机组在快速甩负荷(FCB)试验时,中压调节阀(简称中调阀)不能及时关闭,发生中压调节阀阀位反馈值与指令值偏差超限问题,引发跳机保护动作。分析发现,造成这次问题的原因是调节阀弹簧力矩与阀门气动力矩不匹配。利用FLUENT软件对该汽轮机中调阀内的三维流场进行数值模拟,得到阀门气动力矩和阀门开度的变化关系。结果表明:气动力矩随调节阀开度的增加先增大后减小,开度为30°左右时达到最大值;此时,若弹簧力矩与阀门气动力矩不匹配就会发生中调阀关闭动作迟缓甚至卡涩问题,造成阀位反馈值与指令值偏差超限。     

BEPCⅡ超导插入四极磁体冷却流程的数值分析

按北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCⅡ）计划，为压缩束团尺寸、提高探测器的分辨率以及粒子识别能力，在南对撞区分别安装1对强聚焦超导插入四极磁体（SCQ）和1台超导螺线管探测器磁体（SSM）。本文针对1对超导插入四极磁体的冷却，采用数值模拟的方法给出了SCQ磁体分别采用超临界氦流和过冷氦流两种冷却方式下冷却流程的热力参数，通过对模拟结果的分析，给出了适合该超导插入四极磁体的冷却方式和正常运行的热力参数。还给出了该低温系统关键设备之一的过冷器的设计方法以及设计参数。      

PKU-SCAF 1.3GHz超导腔超流氦冷却循环设计及运行温度优化

超导腔的BCS表面电阻是温度的指数函数,降低超导腔工作温度可以减少超导腔的射频功率损失,但同时制冷设备的效率也会急剧降低.本文以北京大学超导加速器实验装置(PKU-SCAF)1.3 GHz的9壳型超导加速腔为例,对1.3 GHz超导腔采用的压力为3.13 kPa的饱和态超流氦冷却循环方案及运行温度进行了分析研究.从提高超流氦冷却系统的制冷系数、降低超导腔的动态损耗出发,通过对5种超流氦冷却循环方案以及超流氦冷却循环的效率和超导腔低温系统的能耗进行数值模拟和分析,得出了适合PKU-SCAF主超导腔的最佳工作温度为1.95K.     

230 MeV质子回旋加速器超导线圈力学分析及固化工艺研究

本文对230 MeV质子回旋加速器超导线圈进行了力学分析,对其在绕制、降温、励磁等不同工艺条件下的强度进行了校核,并对其固化工艺进行了研究。通过7次绕制与浸渍实验,得到满足超导线圈固化要求的主要工艺参数。根据以上研究结果制造的超导线圈在励磁过程中没有失超,验证了其具有良好的结构稳定性。     

Alignment and Cryogenic Deformation Analysis of Cold Mass-in Superfluid Helium Cryomodule

To meet the alignment requirement of superconducting radio frequency (SRF) cavity and superconducting magnet at cryogenic temperature in the accelerator system, the design of adjustment and alignment of the cold mass in superfluid helium cryomodule should be analyzed. The cryogenic deformation of the cold mass at the 2 K superfluid helium temperature level was simulated and obtained by the finite element method, meanwhile the simulation analysis method was checked by the cryogenic deformation data of the cold mass online measured by the wire of position monitor (WPM). The results show that the simulation result and measurement result have a good consistency, and it provides an important data foundation for the alignment design in the type of bottom supported cryomodule.     

超流氦低温恒温器冷质量准直调节及低温变形分析

为满足超导射频腔及超导磁体低温下的加速器准直精度要求,对超流氦低温恒温器冷质量的准直调节方案进行分析。通过对冷质量的低温位移进行有限元模拟计算,获得其在2 K超流氦温区的位移变形量,利用拉伸丝型位移监测仪（WPM）在线测量数据来验证模拟分析方法。结果表明,模拟值与测量值具有较好的一致性,为底部支撑型式低温恒温器的准直调节方案设计提供了重要的数据基础。     

强流质子RFQ加速腔热特性分析

利用有限元计算软件ANSYS分析了热效应对加速腔共振频率的影响,计算了RFQ腔体与热效应有关的参数,如水冷系统的冷却水温度、热交换系数等。     

NSRL-U7C双晶单色器热载影响与计算分析

在测试合肥国家同步辐射实验室(NSRL)U7C X射线吸收精细结构(XAFS)光束线双晶单色器(DCM)热载影响基础上,进行了单色器在无水冷却、辐射散热条件下热平衡动态过程分析,并运用有限元方法对第一晶体作了热-结构耦合计算,得到晶体热平衡所需时间、温度梯度分布及由此产生的热应力形变与面形误差等;同时对拟增设的普通底面水冷方式作了比较分析.     

不同初因事件下的两相排放过程热工水力特性研究

本文针对稳压器安全阀开启后的复杂两相热工水力过程进行研究,确定不同初因事件下的稳压器安全阀两相排放特性。采用自主化系统分析程序ARSAC对稳压器安全阀的上下游进行建模分析,选取三种典型的阀门排放过程,包括稳压器安全阀误开启事故、导致一个或多个稳压器安全阀开启的主蒸汽流量完全丧失事故、以及低温超压保护条件下导致的稳压器安全阀间歇性开启的安注泵误启动事故,研究稳压器安全阀开启后水封及蒸汽（或水）排放过程中涉及的复杂两相热工水力特性,结果表明：ARSAC程序能够捕捉两相排放过程中管道内部的流型变化;水封通过下游管道会形成明显的流量峰值,且不同的上游初始条件下排放过程对于下游管道造成的流量峰值及时间特性不同。通过本文的研究可以为载荷分析、安全评价及设计优化提供指导性建议。     

Present status and one upgrading method with a cold compressor of the EAST sub-cooling helium cryogenic system

Since 2006,the superconducting toroidal field (TF) coils of the Experimental Advanced Superconducting Tokomak (EAST) have been successfully cooled by supercritical helium at a temperature of 4.5 K and a pressure of 4 bara in eleven experiments.To obtain higher operating currents and magnetic fields it is necessary to lower the operating temperature of the TF coils.The EAST sub-cooling helium cryogenic system,with a warm oil ring pump (ORP),was tested twice in cool-down experiments,which made the TF coils operate at 3.8 K.However,the long term operational stability of the sub-cooling system cannot be guaranteed because of the ORP's poor mechanical and control performance.In this paper,the present status of the EAST subcooling helium cryogenic system is described,and then several cooling methods below 4.2 K and their merits are presented and analyzed.Finally,an upgrading method with a cold compressor for an EAST sub-cooling helium cryogenic system is proposed.The new process flow and thermodynamic calculation of the sub-cooling helium system,and the main parameters of the cold compressor,are also presented in detail.This work will provide a reference for the future upgrading of the sub-cooling helium system for higher operation parameters of the EAST device.     

中国先进研究堆矩形通道流场数值计算分析

通过SIMPLE数值方法,编制程序,对中国先进研究堆(CARR)全流道进行流场数值模拟.采用对CARR的单个冷却剂通道进行单相水的数值传热计算,并递增地改变流道入口流速,计算获得与入口流速对应的流道速度场与温度场分布,展现其变化规律,分析入口流速对流道热工水力参数分布的影响.采用所编制的程序,对板式燃料组件构成的窄矩形通道进行数值模拟,由此来确定热工水力设计需要的一些反应堆安全参数.这些安全参数为反应堆事故监测系统提供必要的热工过程状态信息,也为CARR提供必要的数据参考.