大功率先进压水堆压力容器外部自然循环冷却数值研究

摘要

压力容器外部冷却(ERVC)作为严重事故管理策略中压力容器内熔融物滞留(IVR)的一部分已得到了广泛应用。ERVC措施是通过压力容器外的保温层和压力容器之间的单相或两相循环流动实现的,冷却水循环流动的过程会带走堆芯熔融物重定位至下封头所产生的热量,因此冷却水的自然循环能力以及冷却水与压力容器壁之间的换热能力决定了ERVC的有效性。
　　本论文采用RELAP5系统安全分析程序模拟并评价了ERVC在大功率先进压水堆应用中的热工水力行为特性。首先,论文对RELAP5程序模拟大功率先进压水堆压力容器外部冷却的建模过程和重要热工水力部件进行了描述,并采用现有热工水力实验数据评估了RELAP5程序对压力容器外部冷却现象的适用性。其次,本文针对1700MWe大功率反应堆进行了稳态计算研究,选取几个对ERVC有关键影响的流动和几何参数,比如流道的进出口面积,冷却水的入口温度,下封头处的加热功率以及流道的间隙宽度等进行敏感性分析,定性地研究各个参数对ERVC自然循环能力的影响规律。再次,在稳态分析的基础上开展了瞬态计算,研究在严重事故(选取大LOCA事故)发生时ERVC的瞬态响应过程及有效性评价,其中包括对一些流动参数、边界条件以及RELAP5模型(进出口面积,流道间隙尺寸,堆腔注水高度,相间摩擦模型等)的瞬态敏感性分析。最后,对压力容器外部冷却自然循环的不稳定性进行简要分析,得出了不同压力和上升段结构条件下系统不稳定性的边界。
　　本研究的结果对压力容器外部冷却现象的数值模拟和大功率先进压水堆压力容器外部冷却流道的设计与改进都有一定的借鉴意义。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2压力容器外部冷却（ERVC）简介

1.3国内外研究现状

1.4 本文研究内容

第二章 RELAP5模型建立

2.1 RELAP5系统程序简介

2.2 系统建模

2.3 RELAP5中模型的给定与选取

2.4 本章小结

第三章 RELAP5程序对ERVC的适用性验证

3.1 REPEC实验装置

3.2 实验台架建模

3.3 实验模拟结果分析

3.4 本章小结

第四章 CAP1700的ERVC稳态计算结果与分析

4.1 系统守恒验证

4.2 加热功率的影响

4.3 入口面积的影响

4.4 出口面积的影响

4.5 入口温度的影响

4.6 间隙尺寸的影响

4.7 本章小结

第五章 CAP1700瞬态计算结果与分析

5.1基准工况的计算

5.2 入口面积的影响

5.3 出口面积的影响

5.4 注水高度的影响

5.5 间隙尺寸的影响

5.7 本章小结

第六章 ERVC系统不稳定性分析

6.1 ERVC系统不稳定性的理论分析

6.2 系统不稳定性的参数影响

6.3 不稳定性的无量纲分析

6.4 本章小结

第七章 全文总结

7.1 论文工作总结

7.2 论文创新点

7.3 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文