控制棒下落参数优化及试验研究

摘要

随着我国核电事业的蓬勃发展，核反应堆的安全运行成为研究人员重点关注的对象，而控制棒的下落更关系着事故发生时反应堆能否安全停堆。本文以单根控制棒为研究对象，对控制棒自由下落过程开展了以下的理论和试验研究。　　(1)对控制棒自由下落模型进行了简化，建立了落棒力学模型，理论求解了控制棒下落的位移、速度与加速度。设计了控制棒落棒模型试验，使用激光位移传感器采集了控制棒下落的位移，计算获得了下落速度与加速度，将其与理论求解的结果进行对比发现：理论计算与试验结果的位移、速度、加速度变化趋势基本一致，验证了理论计算的可靠性。　　(2)针对落棒过程中的敏感参数，设计了控制棒落棒变参试验，采用不同的中部出水孔以及底部泄压孔孔径组合，横向对比发现：底部泄压孔径不变时，随着中部出水孔孔径的增大，控制棒总下落时间减小，并且在经过中部缓冲段时的速度越大，但经减速段减速后，控制棒最终速度随着中部出水孔的增大其变化幅度较小。当中部出水孔孔径不变时，随着底部泄压孔孔径的增大，控制棒总下落时间同样减小，试验结束时的最终速度与加速度也越大。　　(3)通过试验数据与理论数据的对比，发现了产生局部误差的原因，并对局部损失因数进行优化调整，优化后的参数计算结果表明：优化后的落棒趋势与实验结果更加吻合，落棒总时间更加接近，最大速度相对误差由11.3%降至2.3%，并改变参数进行多次对比验证了优化的可靠性。　　(4)利用高速摄像机技术，采用直接注入示踪剂方法，对中部出水孔及上部出口处的流动图像进行了拍摄，结果发现：各流线分布情况与理论计算中的流线基本一致，并且与其他学者的仿真结果流线规律基本一致。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 控制棒自由下落过程理论建模及分析

2.1控制棒组件构成

2.2 控制棒简化模型

2.3 控制棒落棒力学模型

2.3.1 重力

2.3.2 浮力

2.3.3 流体阻力

2.4 流量分析与计算

2.4.1 加速段流量分析

2.4.2 减速段流量分析

2.5 控制棒的竖向下落运动方程及求解

2.6 计算结果讨论

2.7 本章小结

第3章 控制棒自由下落试验

3.1 试验目的

3.2 试验装置及设备

3.2.1 试验装置

3.2.2 试验设备

3.3 空气环境下控制棒下落试验

3.3.1 试验过程

3.3.2 试验结果及讨论

3.4 静水环境下控制棒竖向自由下落试验

3.4.1 试验过程

3.4.2 试验结果与分析

3.4.3 与现有文献试验结果对比

3.5 基于静水试验的控制棒下落参数分析

3.6 本章小结

第4 章基于试验数据对理论计算的优化

4.1 引言

4.2 模型简述

4.3 损失因数插值

4.4 结果讨论

4.5 本章小结

第5 章控制棒下落试验流动图像分析

5.1 高速摄像机的发展及应用

5.2 试验装置及设备

5.2.1 试验设备

5.2.2 试验装置

5.3 试验结果分析

5.4 本章小结

第6 章总结与展望

6.1 结论

6.2 不足与展望

致谢

参考文献

攻读硕士研究生期间发表的论文