一種SCWR核能系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的水動(dòng)力特性研究.pdf

1、水從次臨界轉(zhuǎn)變到超臨界過(guò)程中,由于在擬臨界點(diǎn)處物性參數(shù)有突變,所以使得整個(gè)超臨界水系統(tǒng)的傳熱和流動(dòng)會(huì)形成復(fù)雜的非線(xiàn)性關(guān)系。國(guó)內(nèi)外對(duì)于超臨界壓力下循環(huán)回路系統(tǒng)水動(dòng)力特性(靜態(tài)流動(dòng)特性)的相關(guān)研究目前比較少,未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。本文以簡(jiǎn)化的自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)回路為對(duì)象,建立超臨界水系統(tǒng)循環(huán)回路一維穩(wěn)態(tài)熱工水力模型,推導(dǎo)得到回路系統(tǒng)水動(dòng)力特性模型方程;考慮超臨界下回路系統(tǒng)方程的強(qiáng)烈非線(xiàn)性特點(diǎn),在模型數(shù)值求解上引入基于延拓概念的DERPAR非線(xiàn)性

2、數(shù)值方法,開(kāi)發(fā)超臨界水動(dòng)力特性分析程序,并利用現(xiàn)有的超臨界循環(huán)回路進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明了論文開(kāi)發(fā)程序計(jì)算具有一定準(zhǔn)確性。
　　然后針對(duì)一種典型的美國(guó)超臨界水堆(US-SCWR)概念設(shè)計(jì)方案,對(duì)其堆芯與反應(yīng)堆主回路系統(tǒng)(RCS),以及非能動(dòng)余熱排出回路系統(tǒng)(PRHRS)的進(jìn)行了簡(jiǎn)化與等效。采用論文中開(kāi)發(fā)的水動(dòng)力特性分析程序,系統(tǒng)計(jì)算研究了US-SCWR主回路系統(tǒng)和PRHRS系統(tǒng)的水動(dòng)力特性及輸、排熱能力,揭示了循環(huán)流量-堆芯功率的

3、非單調(diào)關(guān)系及其機(jī)制,分析了系統(tǒng)的傳熱特性,并討論了冷卻劑堆芯進(jìn)口溫度、功率分布以及泵特性、回路結(jié)構(gòu)高度、局部系統(tǒng)阻力等因素對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中水動(dòng)力特性和傳熱的影響規(guī)律。
　　分析表明,在US-SCWR概念設(shè)計(jì)方案中,主回路系統(tǒng)流量隨堆芯功率提升先平緩變化,達(dá)到某一最高值后,開(kāi)始較大幅度下降。US-SCWR運(yùn)行工作點(diǎn)在水動(dòng)力特性上處于稍不利的區(qū)域,概念設(shè)計(jì)中需考慮運(yùn)行裕量;在較高堆芯功率工況下,堆芯進(jìn)口溫度升高可能會(huì)使主回路出現(xiàn)循環(huán)流量降

4、低過(guò)多的現(xiàn)象,所以系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)通過(guò)控制保護(hù)系統(tǒng)防止進(jìn)口溫度過(guò)高。主泵特性對(duì)回路水動(dòng)力學(xué)和輸熱也有影響,在較高的循環(huán)流量下,提高主泵有效功率、降低流量-揚(yáng)程曲線(xiàn)陡度均可有利于系統(tǒng)輸熱。
　　相比較主泵強(qiáng)制循環(huán)的主回路系統(tǒng),利用自然循環(huán)的PRHRS系統(tǒng)的水動(dòng)力曲線(xiàn)更“不平坦”。當(dāng)余熱功率上升到堆芯出口處正好處于擬臨界點(diǎn)附近區(qū)域時(shí),PRHRS流量達(dá)到最大值。但其實(shí)際工作點(diǎn)遠(yuǎn)離輸熱不利區(qū)域,運(yùn)行中不會(huì)進(jìn)入最大流量以后的區(qū)域,表明系統(tǒng)是安全