一体化反应堆强迫循环转自然循环过程瞬态特性分析

核反应堆的自然循环可提供非能动余热排出能力,有利于提高反应堆的固有安全性。本文以一体化压水堆概念设计方案为对象,利用RELAP5/MOD3.4程序对强迫循环转自然循环过渡过程的瞬态特性进行分析,探讨了反应堆功率、主泵阻力、主泵转动惯量等因素以及不同运行策略对转换过程瞬态特性的影响规律。     

核动力装置强迫循环与自然循环过渡过程特性研究

针对某型压水堆核动力装置,建立反应堆及一回路系统强迫循环与自然循环的计算分析模型,并与试验值进行比较,验证了建立的模型计算精度高,满足工程分析的要求.利用建立的数学模型,对自然循环与强迫循环过渡过程进行分析计算,结果表明:强迫循环向自然循环转换过程中冷却剂流量、蒸汽发生器压力、反应堆出口温度是几个约束参数;自然循环向强迫循环的转换过程中反应堆功率变化与周期变化幅度较大.     

强迫循环向自然循环过渡的比例分析研究

整体性热工水力学试验是验证压水堆核电站安全性的核心技术,针对反应堆主回路循环特性的比例分析是指导整体性试验台架设计的理论依据。基于两相漂移流模型建立反应堆主回路强迫循环和自然循环的控制方程组。应用初始条件对方程无量纲化,得出整体性试验台架模拟原型电站主回路强迫循环向自然循环过渡的相似准则,提出能够模拟原型电站主泵惰转并满足循环过渡相似性要求的试验方法。     

自然循环向强迫循环过渡时的反应性变化

在Matlab平台中对反应堆及主冷却剂系统建立数学模型,研究自然循环向强迫循环过渡过程中反应性的变化规律.计算结果表明:过渡过程中流量按双曲正切规律变化,时问系数k和流量增加倍数W∞/W0决定了流量的稳定时间和梯度;在反应堆没计中选择合适的k值,可有效改善反应堆周期;尽量降低过渡过程的流量变化速度,可以减小反应性峰值,有助于提高反应堆的安全性.     

小型铅基堆自然转强迫循环热工水力瞬态特性分析

小型铅基堆运行于自然循环工况时为了大幅提升功率输出能力,运行工况需要由自然循环转换到强迫循环。然而在转换过程中,由于主泵的突然开启,流量迅速增加,导致堆芯功率以及反应性等参数剧烈波动,这会威胁到反应堆安全。因此,本文采用RELAP5/MOD4.0程序对10MW小型铅基堆进行仿真建模,分析了铅基堆在自然转强迫循环过渡过程的瞬态特性及其影响因素。计算结果表明,首先,初始功率水平越高,功率峰值越高,反应堆周期越小,这可能威胁反应堆的安全,因此需要依据核功率保护整定值选择出安全转换的最高初始功率水平(54%FP)。其次,采取人为干预措施或者逐次开启主泵措施可以有效减小功率等参数波动,提高了安全转换的最高初始自然循环功率水平,这对提升反应堆在转换过程中的安全性与可靠性具有重要意义。最后,制定了一套优化的运行控制策略能够确保其在较高功率水平下(70%FP)实现自然向强迫循环快速平稳安全地转换。     

核动力装置自然循环及其过渡过程计算模型的建立

为准确分析含反应性反馈的核动力装置自然循环及其过渡过程中重要参数的响应特性,以核动力装置瞬态最佳估算程序RELAP5/MOD3为基础,采用两群三维时空中子动力学模型替代RELAP5/MOD3的点堆模型,并建立三维空间内中子物理与热工水力的耦合模型,编制相应的计算程序。利用所研制的程序对实际核动力装置的自然循环及其过渡过程进行分析计算,并与试验结果进行比较。结果表明:本文建立的时空中子动力学计算模型克服了点堆方程不能准确计算反应性反馈的缺点,计算精度高,研制的程序可作为核动力装置强迫循环与自然循环及其过渡过程的计算分析工具。     

倾斜对强迫循环和自然循环影响的比较

倾斜对强迫循环和自然循环影响的比较高璞珍庞凤阁刘殊一彭敏俊（哈尔滨工程大学）（哈尔滨第７０３研究所）关键词倾斜一回路强迫循环自然循环１引言所研究的强迫循环和自然循环是针对核船压水堆（ＰＷＲ）一回路系统的。核动力舰船在海洋条件下航行，由于海浪作用会...     

简谐海洋条件下自然循环运行特性

基于两相漂移流模型建立简谐海洋条件下核动力装置自然循环理论分析模型;采用两群三维时空中子动力学模型描述堆芯中子的物理行为及控制棒调节系统的响应;利用研制的程序对核动力装置在摇摆条件下的自然循环运行特性及强迫循环向自然循环转换的过渡过程进行研究.结果表明:摇摆周期越小,影响越大;摇摆振幅越大,影响越大;相同摇摆周期与摇摆振幅条件下,纵摇对自然循环运行影响大;纵摇时,参数波动周期与摇摆周期相符,横摇时,参数波动周期为摇摆周期的一半;海洋条件引起过大的堆芯自然循环流量波动可造成功率自动调节控制棒的频繁动作,无法平稳实现强迫循环向自然循环的转换.     

自然循环与强迫循环条件下阻力及换热特性对比

为研究自然循环和强迫循环条件下流动及换热特性的区别,以单面加热窄矩形通道为研究对象,在压力0.2 MPa、实验段入口欠热度30~60℃的条件下,分别进行了强迫循环和自然循环条件下流动及换热实验。等热流密度条件下的阻力实验研究表明:在层流区,强迫循环和自然循环条件下的阻力特性几乎相同;在湍流区,修正后的Blasius关系式能同时适用于强迫循环和自然循环条件下的阻力预测;通过对比发现,强迫循环和自然循环条件下的转捩点雷诺数以及过渡态雷诺数区间几乎相同。换热实验研究表明:在湍流区,适用于强迫循环条件下的Gneilinski关系式能对自然循环换热能力较好预测;通过分析发现,在本实验研究范围内,自然循环与强迫循环条件下换热能力无明显区别。     

海基核动力装置自然循环数学模型的建立与运行特性研究

建立了适用于海基核动力装置自然循环运行分析的理论模型,主要包括两相不平衡态、五方程的漂移流模型;改进的混合物动量守恒方程来描述海洋条件引起的附加压降;采用多压力节点模型进行压力矩阵的求解;选择非等温模型计算两相摩擦因子,并考虑摇摆对摩擦因子的影响;对低雷诺数自然循环工况下阻力件的能量损失因子进行了修正;考虑摇摆与浮沉对换热系数的影响;建立了两群三维时空中子动力学模型,采用基于非线性迭代的半解析节块法来求解中子扩散方程.对海基核动力装置在横摇、纵摇、横倾、纵倾、浮沉、直线变速、回转等条件下的自然循环运行特性进行了研究.     

一体化小型堆主回路自然循环稳态特性实验研究

在模拟一体化小型堆主回路的自然循环试验台架上,进行了小型堆主回路自然循环稳态流动特性的实验研究。结果表明:在输入的外部条件保持一致的情况下,实验本体内的自然循环流动保持了很好的对称性;影响自然循环流量的主要因素是加热功率,入口温度、系统压力等参数的影响较小;提出了一个表征系统自然循环能力的综合特征参数k,可当作指标参数来衡量不同的自然循环回路或不同的运行工况下的自然循环能力,对进一步优化一体化自然循环反应堆的参数设计具有重要指导意义。     

一体化小型自然循环反应堆流动非对称性机理分析

为研究一体化小型自然循环反应堆稳态条件下的流动非对称性机理,通过总结当前国际自然循环反应堆的主要设计特征,建立了自然循环典型三维分析模型,采用计算流体动力学（CFD）方法对竖直稳态下自然循环进行了数值模拟,并针对不同混流截面的速度和温度分布特性进行了分析。结果表明：较大尺度的自然循环系统在理想竖直稳态自然循环条件下,存在周向的流量和温度分布不均匀性,其中流量分配的不均匀性较温度分布情况更突出。竖直稳态自然循环的主流流量和温度均呈现偏心趋势,属于系统层面的偏差,而不只是局部流动分配不均衡问题。     

倾斜与摇摆条件下一体化反应堆自然循环特性研究

通过建立海洋条件下的附加力模型与控制体空间坐标求解模型,开发了基于RELAP5/MOD3.1程序的海洋条件热工水力分析程序。研究了海洋条件下一体化反应堆IP200的自然循环特性,分析倾斜与摇摆条件对自然循环的影响。计算结果表明:倾斜会降低堆芯流量,导致左右侧环路冷却剂流量不一致,影响直流蒸汽发生器的换热特性;摇摆情形下,环路的附加压降主要由切向力贡献;摇摆轴偏离中心位置以及倾斜和摇摆的叠加运动均会打破环路间的热工水力对称性,增大堆芯流量的波动幅度。     

小型核动力装置自然循环运行特性分析

本文以小型一体化自然循环反应堆为研究对象,用RELAP5/MOD3.2对反应堆系统、中间回路及二回路系统进行建模,对反应堆单双环路切换及偏环路运行时反应堆的自然循环运行特性进行数值模拟研究。计算结果表明:在反应堆自然循环运行工况下,进行单双环路切换及偏环路运行时,堆芯能重新建立稳定的自然循环。双环路切换至单环路后,堆芯出口温度降低,堆芯自然循环平衡流量降低但仍大于初始值的1/2;单环路切换至双环路运行时,堆芯流量、温度均与双环路稳定工况的一致;偏环路运行时故障环路循环流量降低,正常环路自然循环流量升高,堆芯总流量降低的数值为二者之差。     

Method of Estimating Liquid Velocity in Hot Leg during Reflux Cooling of Natural Circulation in Pressurized Water Reactor

Natural circulation in a PWR has considerable attention since the TMI-2 accident as an alternative cooling method or recovery technique from certain kinds of accidents or transients involving a loss of pumped circulation. Among the three modes of natural circulation (i.e. single-phase, two-phase and reflux cooling), reflux cooling has not been well investigated in a PWR configuration. The present study was thus focused on reflux cooling of natural circulation and analytical method was developed to estimate the liquid velocity of the condensed liquid in a hot leg of a PWR.

The results of the present study showed that the liquid velocity and the liquid thickness are estimated as 2.7 m/s and 3.0 cm, respectively, at the hot leg inlet from the upper plenum for the typical PWR reflux condition (2% core power at 6.9 MPa). Therefore it was concluded that a flow-blockage of the steam flow from the core by the condensed liquid flow is unlikely to occur in a hot leg. The results are also useful for designing a special instrumentation for measuring the condensed liquid flow rate and the liquid thickness in an experimental test facility for reflux cooling test.     

压水堆核电厂气态流出物环境累积效应研究

核电厂运行寿期内放射性气载流出物通过烟囱向环境排放,其中部分放射性物质会沉降并在环境中累积。为评估其累积效应,本文选取³H、¹⁴C和以气溶胶形式存在的⁸⁸Kr/⁸⁸Rb、⁶⁰Co、¹³¹I和¹³⁷Cs作为代表性核素,采用³H、¹⁴C平衡模型和气溶胶迁移扩散模型,分析了核电厂运行寿期内各核素的环境累积活度浓度。分析结果表明：代表性核素显示出了环境累积效应,绝大多数代表性核素的环境累积活度浓度远小于0.1 Bq/kg,但³H和¹⁴C的环境累积活度浓度略高,分别达2.51 Bq/kg和2.35 Bq/kg;各核素环境累积活度浓度预测结果远低于EPR-RSR给出的相应限值,不会对土地再利用造成影响;以气溶胶形式存在的放射性核素的环境浓度表现出较明显的累积增长趋势,增长趋势与半衰期和放射性核素在环境中的迁移行为相关。根据研究结果,对我国核电厂环境影响评价中典型核素的环境累积效应预测和环境监测提出了建议。     

Environment Accumulation Effect from Gaseous Effluent of Pressurized Water Reactor Plant

During the operation of nuclear power plant (NPP), gaseous radioactive effluent discharges into the environment via the stack, and some of them will deposit and accumulate in the environment. In this paper, ³H, ¹⁴C and ⁸⁸Kr/⁸⁸Rb, ⁶⁰Co, ¹³¹I and ¹³⁷Cs were selected as the representative nuclides to analyze their environment accumulation effect. The result reveals the environment accumulation effect of representative nuclide. Accumulative concentrations of most nuclides are less than 0.1 Bq/kg, while those of ³H and ¹⁴C are slightly high, which are 2.51 Bq/kg and 2.35 Bq/kg respectively. Accumulative concentration of individual nuclide is still far less than relative criteria in EPR-RSR. Therefore accumulation of these nuclides in the local environment will not affect the land reuse. The environmental concentration of aerosols shows a clear cumulative growth trend which is relevant to half-life of nuclides and their migration in the environment media. Based on this study, some recommendations are put forward for the prediction of environment accumulation effects of typical nuclide and environmental monitoring for the environmental impact assessment in China.