非能动安全壳冷却系统性能分析研究

摘要

在事故工况下，维持安全壳结构完整性对保证核电站安全有着极为重要的作用。非能动系统具有简化系统操作、减少因人员干预可能产生的误操作、不依外部动力等特点。因此，采用非能动技术的安全壳冷却系统越来越受到各国核电技术开发单位的重视。本研究基于先进压水反应堆安全性要求，针对双层混凝土安全壳，对不同配置方案的安全壳非能动冷却系统（PCCS）性能开展了数值分析，研究结果对于 PCCS的选型、设计和运行都具有一定的指导意义。利用自编的PCCS系统分析程序，完成了PCCS开式、闭式单相、闭式两相等不同配置方案的自然循环能力、排热能力、系统运行稳定性等的比较，分析了结构参数、运行参数、初始状态等对系统运行性能的影响。
　　无论是采用开式方案还是闭式方案，所设计的安全壳非能动冷却系统均能正常、快速启动，在水箱水温达到饱和温度后其排热能力达到最低水平。外部水箱与内部换热器之间的布置高度差变化在一定范围内对冷却系统自然循环能力和系统排热能力的影响不大，水箱初始水温的高低不影响冷却系统的正常启动，对两相稳定流动阶段的排热功率亦无大的影响，但会对单相流动阶段的传热过程产生一定影响。相比较而言，开式方案具有系统组成简单、运行稳定、排热能力强等优点，但一旦传热管破损会导致放射性物质外泄，需采取适当的隔离措施。闭式方案的优点是系统隔离性好，换热器传热管破损导致安全壳内放射性物质外泄的可能性大大减少，但系统组成比较复杂，影响系统运行的因素较多，系统排热能力也比较差，需配置更大的换热器传热面积以满足工程需要，这将给换热器布置带来困难。

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第1章绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究进展

1.2.1 钢制安全壳的非能动冷却系统

1.2.2 混凝土安全壳的非能动冷却系统

1.3 本论文研究内容

第2章非能动安全壳冷却系统配置及计算方法

2.1 系统配置方案

2.1.1 开式自然循环方案

2.1.2 闭式单相自然循环方案

2.1.3 闭式两相自然循环方案

2.2 分析方法

2.2.1 基本假定

2.2.2 内部换热器

2.2.3 系统计算流程

2.2.4 内部换热器计算说明

2.2.5 数学模型

2.2.6 本构关系式

2.3 本章小结

第3章开式自然循环系统方案特性分析

3.1 开式系统的基本特性

3.1.1 自然循环特性

3.1.2 系统热量排出特性

3.1.3 内部换热器进出口温度

3.1.4 水箱水温的变化

3.2 影响系统运行特性的因素分析

3.2.1 安全壳环境条件的影响

3.2.2 布置高度差的影响

3.2.3 初始水箱水温的影响

3.2.4 主管道尺寸的影响

3.2.5 额外局部阻力的影响

3.3 本章小结

第4章闭式自然循环系统方案特性分析

4.1 闭式单相系统基本特性分析

4.1.1 自然循环特性

4.1.2 热量排出特性

4.1.3 内部换热器进出口温度

4.1.4 外部换热器的有效换热长度

4.2 闭式两相系统基本特性分析

4.2.1 自然循环特性

4.2.2 热量排出特性

4.2.3 换热器进出口温度

4.2.4 外部换热器两相段长度和上升段出口干度

4.2.5 高度差对系统运行特性的影响

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢