考虑管路中冷却剂动能的反应堆冷却剂泵惰转计算模型

核主泵惰转惯量设计过小,一旦核电站全厂停电会造成核事故,而设计过大会极大地降低机组效率,因此惰转计算模型的准确性对于保证核电站安全和提高机组效率十分重要。本文考虑管路中冷却剂动能对反应堆冷却剂泵惰转过程的影响,通过启-停机过程中功率守恒方程和泵相似定律,推导并建立了考虑管路冷却剂影响的惰转瞬态计算模型,并给出了泵机组惰转惯量和惰转时间的简单计算公式,使计算结果更精确,工程适用范围更广泛,可应用于核工程和非核工程中惰转惯量的精准设计以及惰转时间的精准计算。      

基于时间常数的核电厂主循环泵惰转模型开发与验证

在核电厂初步设计阶段,针对反应堆进行的工况设计和安全分析均需要泵的惰转模型提供输入。现有泵的惰转模型几乎都需要已知泵的设计参数和管路系统阻力特性,但在电厂初步设计阶段,泵的详细结构设计尚未开展,管路阻力特性也难以获取。针对上述问题,提出了两种基于时间常数的主泵惰转特性曲线计算模型,并采用核电厂主循环泵的惰转试验数据进行了对比验证。分析结果表明,模型A在高转速时与试验值吻合较好,低转速时偏差较大,而模型B在整个惰转过程中与试验值均较接近,可用于核电厂的工况设计和安全分析。     

基于时间常数的核电厂主循环泵惰转模型开发与验证

在核电厂初步设计阶段,针对反应堆进行的工况设计和安全分析均需要泵的惰转模型提供输入。现有泵的惰转模型几乎都需要已知泵的设计参数和管路系统阻力特性,但在电厂初步设计阶段,泵的详细结构设计尚未开展,管路阻力特性也难以获取。针对上述问题,提出了两种基于时间常数的主泵惰转特性曲线计算模型,并采用核电厂主循环泵的惰转试验数据进行了对比验证。分析结果表明,模型A在高转速时与试验值吻合较好,低转速时偏差较大,而模型B在整个惰转过程中与试验值均较接近,可用于核电厂的工况设计和安全分析。     

反应堆冷却剂泵惯量设计影响因素研究

主泵惯量设计应考虑主泵本身和回路特性的综合影响。本文建立了基于四象限特性的主泵惰转数值计算模型,评估主泵本身和回路特性对主泵惰转的影响。结果表明,转动惯量、摩擦损失等主泵因素,沿程阻力、局部阻力等回路因素均影响主泵惰转流量特性,但惰转转速下降主要与主泵本身因素相关,与回路因素关系不大。采用初始动能比ε表征主泵惯性和回路流体惯性的综合影响,流量下降相对转速下降的滞后程度与ε线性相关。对于ε较大的回路,应充分考虑惰转流量的滞后影响,避免主泵转动惯量设计采用过大的裕量,造成机组效率下降和设计难度提高。     

主泵惰转特性分析与设计方法研究

考虑主回路流体惯性和主泵转动惯量的综合作用,对主泵惰转瞬态的转速、流量计算方法进行研究。经验证,相比忽略回路影响的传统方法,考虑回路流体惯性影响后得到的计算惰转流量更接近试验测量数据。在惰转转速和流量计算方法研究基础上,提出了考虑回路流体惯性影响的惰转特性设计方法,可在不影响核安全前提下适当增加主泵转动惯量设计的灵活度。采用扣除电气损耗的机组效率作为输入参数,本文使用的惰转计算与设计方法也适用于无轴封主泵。     

核电主泵失电惰转时推力轴承动态特性分析

分析了核电主泵冷、热态工况下失电惰转时推力轴承的动态特性。首先推导了转子轴向力的变化关系式,并基于雷诺润滑理论对推力轴承进行了数学建模,采用有限差分法进行数值计算并编制了计算程序。利用程序对主泵推力轴承若干设计工况进行了验算,结果与设计预期相符。随后利用计算程序分别对冷、热态工况下主泵失电惰转时推力轴承的动态特性进行了模拟,结果表明:热态工况下主泵惰转至低转速时推力轴承最小油膜厚度低于经验安全值,且最高温度迅速上升,对主泵惰转不利;冷态工况下惰转预计是安全的。     

核主泵停机过渡过程瞬态水动力特性研究

为研究核主泵停机过渡过程中瞬态水的动力特性,通过Pro/E软件对核主泵内部流道进行三维造型,利用雷诺时均N-S方程和RNG k-ε方程,应用计算流体力学软件CFX对核主泵叶轮流道内的停机过渡过程瞬态涡变和径向力进行数值模拟计算。结果表明：叶轮出口涡量小于进口涡量,且叶轮出口涡量受叶轮与导叶动静干涉影响而呈大幅的周期性波动。在泵体与出口管交接处的涡量变化较大,与导叶出口方向相反方向处的涡量变化最大。对比3种停机惰转过渡过程中惰转模型可知,带惰轮惰转模型的径向力呈周期性波动逐渐减小;线性惰转模型与带惰轮惰转模型的径向力变化趋势类似,但其变化幅度少于线性惰转模型径向力变化幅度,t/T=0.6~1时,其径向力变化幅度接近零;常规惰转模型的径向力呈现不规律变化,t/T约为0.25时出现极大值,对核主泵的可靠运行产生较大影响。     

基于RELAP5的主泵试验台架建模及特性分析

本文依据大功率压水堆主泵及试验台架设计参数,通过RELAP5程序建立主泵试验台架模型。并依据主泵样机试验规范对热态试验、惰转试验、汽蚀试验工况进行模拟分析。通过与热态试验、惰转试验工况的理论值比较,验证RELAP5建模的准确性。对于惰转试验工况,记录惰转流量、扬程随时间的瞬态变化。对于汽蚀试验工况,随着体积流量的减小,发生汽蚀现象的入口压力减小;并且可以较准确预测发生汽蚀现象的压力点。通过对主泵试验工况的模拟分析,证明RELAP5模拟主泵试验具备一定的适用性,可为主泵试验提供指导。     

秦山核电二期工程主泵瞬态计算

采用国际惯用的主泵瞬态计算方法,对秦山核电二期工程主泵可能出现的3种瞬态进行了计算,计算结果表明;两台主泵同时丧失交流电源时,主泵惰转的半流量时间大于10s,单泵惰转时,未受影响环路反应堆冷却剂流量增大,主泵卡转子时,反应堆冷却剂流量急剧减小。     

断电事故对核主泵安全特性影响的试验研究

介绍了国内外反应堆冷却剂泵在发生各种事故情况下的理论及试验研究情况,针对核主泵断电惰转过程中的瞬态水力特性进行了试验研究,对试验结果进行了讨论.介绍了用于断电试验的试验设备及试验方法,着重分析了惰转过程中流量、转速、振动参数,并用四次多项式拟合的方法模拟惰转过程的流量、转速随时间的变化.试验结果表明:在断电瞬间,泵的流量和转速迅速下降,试验结果符合安全标准规定;轴承座位移振动在断电瞬间突然加强,在断电后一段时间转轴振动才发生变化.试验和分析结果有助于认识核主泵发生全厂断电事故时的水力特性,为核主泵的安全评价提供基础依据.     

华龙一号某机组主泵推力轴承优化改进分析

华龙一号某机组三轴承结构设计的主冷却剂泵（简称主泵）在进行小流量试验时,出现推力轴承磨损问题,通过对主泵推力轴承结构进行分析,利用鱼骨图根本原因分析方法,对导致推力轴承磨损的可能原因进行逐一排查分析,根据排查结果,提出采用多喷嘴联合供油设计、在主推力轴承和副推力轴承的油膜吸入口处增加吸油倒角设计、在原有顶轴油设计基础上增加反向副推力轴承顶轴油结构设计、建立推力轴承温度-油温的综合测量系统及采用弹簧板主动补偿式推力轴承支撑结构等改进方法。经试验验证,改进后的主泵推力轴承系统显著提升了华龙一号某机组主泵的运行可靠性和固有安全性。      

压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率计算的优化

一回路冷却剂的泄漏率是压水堆核电厂放射性控制相关的一个重要物理量,需要定期进行监测.但由于目前国内核电厂对其研究较少,其测量和计算中存在一些不足.本文立足于现场运行实际,通过对秦山第二核电厂一回路泄漏率的分析计算,总结和完善了压水堆核电厂一回路冷却剂泄漏率的计算方法.     

基于MC方法的小型压水堆全堆计算分析

使用蒙卡计算程序MCNP,建立小型压水堆四分之一堆芯几何模型,计算小型压水堆首循环初始装料冷态(20℃)、常压(1.01 bar)下的堆芯反应性、径向功率和轴向功率分布,并与输运+扩散方法程序SCIENCE-V2程序包的计算结果进行对比。结果表明:MCNP程序适用于小型堆堆芯核设计计算,并可与SCIENCE-V2程序包互相验证。     

叶轮叶片厚度对混流式核主泵能量性能的影响

为了分析混流式核主泵叶轮叶片厚度对能量性能的影响和进行流体动力优化,以某公司制造的100型混流式核主泵为研究对象,选取叶轮叶片厚度作为优化设计变量,分别设计了3种不同叶片厚度的叶轮。首先对原始模型进行数值模拟及性能预测,通过与原始模型试验数据的对比分析,确定了合理的数值模拟方法和验证性能预测的可靠性。对3种不同叶片厚度的叶轮进行全流道的数值计算分析,预测分析不同叶片厚度对核主泵外特性以及内部流场分布的影响。分析结果表明:相同流量工况下,随着叶轮叶片厚度的减薄,核主泵的扬程增加,效率降低。由于空间导叶的特殊结构,叶轮叶片减薄使导叶叶片进口处出现回流现象,增加了导叶内的流动损失,且全流道内的压力整体较高。因此,适当地增加叶片厚度有助于提高具有特殊空间导叶结构的核主泵效率和保证核主泵运行的可靠性。     

基于蒙特卡罗模拟法的安全壳喷淋覆盖率计算方法研究

为建立安全壳喷淋覆盖率可靠、快速的计算方法，以对安全壳喷淋系统的设计研究提供新的辅助手段，本研究采用理论分析的方法，建立了基于蒙特卡罗模拟法的安全壳喷淋覆盖率计算模型。通过与基于计算机辅助设计（CAD）的安全壳喷淋覆盖率计算结果进行对比，验证基于蒙特卡罗喷淋覆盖率计算方法的适用性。结果表明，两种方法的计算误差在1%以内。因此，本研究建立的基于蒙特卡罗模拟法的安全壳喷淋覆盖率计算方法可靠且具有广泛适用性，对比CAD软件的喷淋覆盖率计算法，新的方法计算速度更快，人因错误率更低，有利于敏感性分析，可大幅提高安全壳喷淋系统设计能力。      

主泵试验台架振动原因分析与修改方案

反应堆冷却剂泵（简称主泵）在试验台架进行试验时出现振动偏大的现象,振幅超出样机规范书的要求,振动数据的频谱显示为低频振动。通过转子动力学的有限元方法分析了主泵的振动特性,对比振动频谱排除了主泵转子振动和轴承等自身振动的原因。提出了主泵振动特性分析应包括试验台架整体。将主泵、试验回路和试验台架作为整体,分析了整体的振动特性。结合敲击试验推断振动的原因是试验回路中流体压力脉动的宽频激励引发了主泵和试验台架整体振动,并在低速运行试验中进行验证。在此基础上提出了修改方案,包括增加吸能阻尼器、提前投入缓冲罐和滤波等,重启试验后主泵振动明显减小。     

Vibration Cause Analysis and Modification of Prototype Reactor Coolant Pump

When the reactor coolant pump (RCP) was tested on test bench, the vibration amplitude was too large. The vibration exceeded the limit of specification. The frequency in spectrum of RCP vibration was mainly in low frequency range. The vibration characteristics of RCP were analyzed by finite element method. The cause of vibration from bearing and rotor was excluded by comparing the vibration characteristics and the spectrum. It was proposed that the whole test bench should be included in the vibration analysis of RCP. Considering RCP, test loop and test bench as a whole, the vibration characteristics were analyzed. By combining the data from knock test, it is concluded that the wide-band of pressure fluctuation in test loop excites the natural frequency of test bench. This conclusion was verified by low-speed operation test. On this basis modifications were proposed such as adding energy absorption damper, starting buffer tank in advance and adding vibration filter. The vibration of RCP was attenuated obviously after test restarting.     

Loss of flow accident and its mitigation measures for nuclear systems with SCWR-M

Based on a revised version of RELAP5, which can be used for super-critical pressure calculation, a model of mixed spectrum SCWR (SCWR-M) system is established. To analyze the transient behavior of SCWR-M and develop mitigation measures during loss of flow accident (LOFA), some important parameters, e.g. reactor coolant pump (RCP) coast-down time, Reactor Pressure Vessel (RPV) upper water volume and safety injection flow, etc., are chosen for the parametric analysis. The results achieved so far indicate that the SCWR-M system design is feasible and promising. Three important mitigation measures for LOFA of SCWR-M are derived from the results: RCP coast-down time of more than 15 s, RPV upper water volume of more than 27 m³, and safety injection of more than 5% of the system design flow.     

The statistical fuel model, FRP

The reliability of nuclear fuel for LWR reactors is generally good, but there are still some failures caused by pellet-cladding interactions (stress corrosion). Only a very small fraction of the fuel pins in operation fail, and the nature of the failures indicates a statistical problem; therefore a statistical fuel model was developed. The statistical methods are either Monte Carlo simulation or a Taylor approximation. The statistical program utilizes a deterministic fuel performance code with a stress corrosion failure criterion, verified against experimental data.The failure probability for a power ramp was evaluated for different fuel designs and ramp conditions. It is shown that the failure probability can be quite large, even when a deterministic simulation (based on the average values for design and material data) is far from the failure criterion.     

Study on Influence of Rolling Motion on Transition Boundary of Slug Flow to Churn Flow

The accurate identification of flow pattern is of great significance to improve the calculation accuracy of two-phase pressure drop. In this paper, the existing transition criteria of slug flow to churn flow were verified and evaluated using the static experimental data. On this basis, the best transition criterion was selected and the transition criterion between slug flow and churn flow under rolling condition was constructed by introducing the transient external force field produced by rolling motion, which was verified by the experimental data. The transition criterion was analyzed. The results show that with the increase of rolling amplitude, the transition of slug flow to churn flow advances a little, while the influence of rolling period on transition boundary can be ignored.