600MW钠冷快堆蒸汽发生器仿真研究

摘要

钠冷快堆包括三个热传输回路，二回路系统则是钠冷快堆特有的一个回路系统，其中，蒸汽发生器为二回路系统中连接钠冷快堆核岛与常规岛的重要设备。钠冷快堆一般采用直流蒸汽发生器来产生高品质过热蒸汽。直流蒸汽发生器具有较高的机动性，但其对扰动的响应复杂且迅速。采取模块式蒸汽发生器设计的反应堆，每个二回路环路上会设置多个并联的蒸汽发生器模块。由于直流蒸汽发生器中流动换热工况复杂，若同时对多个蒸汽发生器进行仿真计算，则难以在保证准确性的前提下实现实时仿真。 本文基于基本的守恒方程，结合直流蒸汽发生器结构参数与运行特点，建立了一套适用于600MW钠冷快堆多个直流蒸汽发生器并联回路瞬态热工水力实时计算的数学模型。主要包括:热交换器换热模型、液态钠流动换热模型、管内强制流动沸腾换热模型、液态钠物性模型、水/蒸汽物性模型、摩擦阻力模型、局部阻力模型、材料物性模型等。采用二阶迎风格式对换热方程进行离散，使用四阶Runge-Kutta方法对回路动量方程进行求解。解决了同时对多个蒸汽发生器进行仿真计算时难以实现实时性的问题。基于FORTRAN语言进行模块化编程，编制了实时仿真计算程序。程序计算精度良好，符合实时仿真的要求，并设置了与其他系统的接口。 通过将程序计算得到的稳态结果与俄罗斯BN-600反应堆的运行参数进行对比，验证了程序的正确性。分别对给水流量、钠流量、给水焓值以及钠入口焓值四个入口参数进行了不同程度的扰动。计算得到了蒸汽发生器在上述扰动下的动态特性。对单个蒸汽发生器模块引入管堵故障与模块隔离故障，仿真计算得到了蒸汽发生器并联特性。程序计算精度良好，对上述动态工况均能进行实时仿真计算，仿真计算所得各动态响应特性与物理规律吻合。将程序移植到实时仿真平台SimExec中与反应堆物理系统、一回路主冷却系统以及给水/蒸汽系统等进行联调，调试结果表明程序可对600MW钠冷快堆二回路系统进行实时仿真。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1引言

1．2国内外研究现状

1．2．1国内研究现状

1．2．2国外研究现状

1．3课题主要研究内容

第2章蒸汽发生器及相关设备介绍

2．1二回路系统概述

2．2蒸汽发生器

2．3中间热交换器

2．4二回路钠循环泵

2．5钠缓冲罐

2．6本章小结

第3章蒸汽发生器及相关数学模型

3．1假设与简化

3．2热工水力基本方程

3．3蒸汽发生器换热模型

3．4环路动量方程

3．5二阶迎风格式

3．6 Runge-Kutta方法

3．7辅助模型

3．7．1钠侧对流传热系数计算

3．7．2水侧对流传热系数计算

3．7．3液态钠物性计算模型

3．7．4沿程阻力计算模型

3．7．5局部阻力计算模型

3．7．6水／水蒸气性质计算模型

3．7．7材料物性模型

3．8节点划分与程序计算流程

3．8．1节点划分

3．8．2程序计算流程

3．9本章小结

第4章蒸汽发生器动态特性仿真研究

4．1仿真模型验证

4．1．1网格无关性验证

4．1．2稳态计算验证

4．2动态特性仿真

4．2．1给水流量阶跃变化瞬态工况

4．2．2钠侧流量阶跃变化瞬态工况

4．2．3钠入口焓阶跃变化瞬态工况

4．2．4给水焓值阶跃变化瞬态工况

4．2．5敏感性分析

4．3本章小结

第5章蒸汽发生器并联特性仿真研究

5．1稳态计算验证

5．2动态特性仿真

5．2．1蒸发器管堵瞬态工况

5．2．2过热器管堵瞬态工况

5．2．3单模块隔离瞬态工况

5．2．4敏感性分析

5．3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢