压水堆功率调节系统动态特性仿真研究

采用SIMULINK仿真平台,建立压水堆功率调节系统的仿真模型,对其进行时域分析,分析其单位阶跃响应,验证系统的性能指标是否满足要求.同时在同一功率定值下引入阶跃和斜坡反应性扰动,采用PID控制方案研究功率控制系统的动态特性和控制效果,并对传递函数进行优化.通过计算反应性扰动下的堆功率响应,了解系统的稳定特性、调节品质和系统各环节参数对系统的影响,为功率调节系统性能改进提供了参考.系统仿真分析表明:k=0.6时调节系统不仅能很好地克服反应性扰动,又具有良好的随动特性.     

板翅式换热器动态特性的试验研究

建立了可进行两股及多股流换热器动态特性试验研究的装置．对一．个两股流板翅式换热器施加流量按阶跃变化、进口温度按指数函数变化的时间域扰动信号，进行了动态试验．得到了换热器动态模型对流量扰动可接线性建模的扰动范围，确定了各股流体对进口温度扰动的响应延滞时间的计算公式．对换热器进行了一系列的动态特性测试，并获得其动态响应过程曲线．试验工况的传热单元数范围为０．６～３，雷诺数为２００～２０００，普朗特数为２～７．试验数据为建立完善的理论模型提供了可对比的依据．     

200MW核供热堆主换热器温度场和流量场计算

主换热器是核供热堆一、二回路之间进行热交换的关键设备。其温度分布和流速分布对主换热器的设计有重要意义。该文采用数值分析的办法进行计算时把主换热器在二维网络中划分成 4个区 ,将整个计算简化成在一定流量场下计算温度场和在一定温度场下计算流量场两部分。计算温度场时要列出热平衡方程组 ,计算流量场时要涉及到压降平衡方程组 ,由于方程组是非线性的 ,采用了 Newton迭代法进行计算。在计算温度场和流量场的同时也得到了传热系数和线性热功率的分布。     

空间堆Brayton系统旁路阀功率快速调节特性

长寿命、高能量密度和高效率的动力系统是实现未来太空探索目标的必要条件，空间反应堆耦合Brayton系统是兆瓦级空间动力系统的最佳选择之一。功率控制特性是满足系统安全高效运行的关键。该文建立了空间堆Brayton系统动态模型，研究了旁路阀控制下系统的升、降功率特性。结果发现：当载荷变化时，旁路阀控制可快速改变系统局部流量；叶轮机械工况、涡轮和压气机功率及系统电功率能快速响应空间设备的用电需求和负载变化作出相应改变；同时，系统载荷变化导致转动部件对轴的扭矩失衡，容易出现超速事故，旁路控制降低涡轮的输出功率，可有效避免转轴超速的风险。在此基础上，研究了旁路阀开度的敏感性影响，结果发现：系统低压侧和辐射散热回路对旁路阀控制引起的参数扰动最为敏感。旁路阀开度增加后，压气机出口高压气体与涡轮出口低压气体混合，使低压侧管道和部件压力升高；辐射器散热功率增加导致散热回路温度升高，因而辐射器需要更大的散热能力。本研究为空间堆Brayton系统的安全稳定运行提供了参考。     

弓型折流板换热器动态响应神经网络预测

采用ARX动态模型设计了一种用于换热器动态特性辨识及预测的人工神经网络结构模型,基于有限的实验数据将人工神经网络技术应用于以水、油为换热工质的弓型折流板换热器动态特性的预测当中.采用Levenberg-Marquardt算法对网络进行训练和测试,辨识和预测了换热器单侧流量扰动情况下油侧出口温度的响应情况及换热器油侧进口发生温度扰动情况下油侧出口温度响应情况,并与数值计算进行了对比,神经网络的预测结果好于数值计算.分析了神经网络模型的泛化能力.计算结果表明,人工神经网络对于复杂系统的动态辨识及预测是相当成功的,与基于数理模型的数值预测相比,有更好的预测精度,且模型的泛化能力也很强.     

火力发电锅炉主汽温控制系统的动态矩阵控制策略

针对火力发电锅炉主汽温控制系统的大惯性、纯滞后和非线性等特点,提出一种基于动态矩阵控制的主汽温预测控制策略。根据过热蒸汽传输通道特性,将减温水流量扰动作为前馈补偿;综合考虑机组负荷、燃料波动等扰动因素设计动态矩阵控制器;采用有限时段的滚动优化策略,并引入基于误差的反馈校正算法,从而能全面考虑模型失配、时变、干扰等引起的不确定性,及时弥补这些因素造成的影响,提高系统的鲁棒性。仿真结果表明:与常规PID和Smith预估控制策略相比,在施加扰动情况下所设计的控制策略调节时间最多可减少314.28 s,超调量最多可降低12.6%;在模型失配情况下调节时间最多可减少516.66 s,超调量最多可降低15.46%。工程应用结果表明:主汽温控制偏差低于±5℃,动态和稳态性能得到了很大改善,能有效满足发电锅炉主汽温控制系统的实际要求。     

超临界二氧化碳核能系统负荷运行策略研究

为了确保超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环直接冷却核能系统在变负荷工况下的安全经济运行，利用稳态和瞬态回热器换热实验验证了自主研发的瞬态分析程序SCTRAN/CO₂在预测布雷顿循环动态特性方面的可行性，并以该程序作为分析工具，开展了超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环核能系统分别在反应堆反应性扰动和二次侧冷却水流量扰动两种典型瞬态工况下的开环动态特性研究，开发了主压缩机入口温度恒定、堆芯出口温度恒定及改变循环工质装量的负荷运行策略，研究了系统在100%～50%～100%变负荷工况下的瞬态响应。结果表明，装量控制策略能实现以额定满功率5%/min的速率追踪负荷，并保证系统安全经济运行。此过程中，堆芯压力波动0.6 MPa,堆芯出口温度波动不超过5℃。研究获得的瞬态分析工具、开环特性和控制策略为此核能系统的负荷运行策略研究提供了参考。     

换热面裕量对再生式换热器热工特性的影响分析

再生式换热器由再生段和冷却段共同构成,凭借再生段的加入,再生式换热器有助于减小换热器承受的热应力以及回收部分热量,而广泛应用于研究型反应堆的各试验回路中。在再生式换热器设计中,通常会对换热面积保留一定的裕量以应对换热管破损、阻塞以及工况波动等情况发生。结合再生式换热器的结构特点,在不利因素未发生时,将设计裕量效果计入实际的换热中,分析不同的设计裕量对再生式换热器理论运行功率、流质流量以及出口温度等的影响。分析结果表明,再生式换热器的理论运行功率随着冷却段设计裕量的增加而逐渐增加,而随着再生段设计裕量的增加而逐渐减小。再生段及冷却段设计裕量对再生式换热器的功率调节跨度影响不大,但再生式换热器的理论功率调节区间在再生段设计裕量增加时会逐渐下移,而在冷却段设计裕量增加时会逐渐上移。要克服再生段裕量对运行功率带来的不利影响,可以选择增加相应的冷却端设计裕量以及加大二次水流量。再生式换热器运行于功率调节下边界以下时,再生段保持一定设计裕量有利于一次水的流量更为接近设计流量。鉴于分析的结果,对于处于稳态试验回路中的再生式换热器,建议再生段裕量小于10%以满足设计功率,而对需要具备降功率运行的再生式换热器,建议可以取较大的再生段裕量以减小一次水流量的波动。     

核供热堆失水自然循环断流时的流动不稳定性

为研究一体化布置的核供热堆在破口失水事故时主回路冷却剂的自然循环断流过程，在５ＭＷ核供热堆热工水力模拟回路ＨＲＴＬ－５上进行了实验研究。在发生小破口失水事故后维持加热功率为额定功率的５％或２０％。实验结果表明，在自然循环断流过程中主回路可能发生倒流和流量振荡，这是由于破口失水和降压闪蒸联合作用的结果，是由于两相流体密度发生变化引起的。     

间接氦气循环高温堆透平回路的温度和压力响应

通过对间接氦气循环高温气冷堆透平发电装置透平回路的数学建模,初步建立了一套透平回路的动态分析工具。通过中间换热器一次侧入口温度增长的扰动,说明根据现有的设计,预冷器和间冷器二次侧的冷却水对透平回路具有良好的冷却能力。通过对透平回路压力响应的分析,可见透平、低压压气机、高压压气机3个设备将全回路明显地分为3个具有不同压力变化幅度的区间。     

密度核反馈条件下低压自然循环两相流动稳定性实验

为了研究核供热反应堆主回路自然循环两相流动稳定性，考证了具有密度－核反馈耦合条件下两相流动的热工水力学行为。在热工实验回路ＨＲＴＬ－５中引入了反应堆中子动力学模拟系统。以实测冷却剂密度作为其输入参数，以中子动力学模拟系统的功率输出通过ＨＰ－３８５２５控制器对系统电加热功率进行实时控制，实验研究了不同工况条件下自然循环两相流动的稳定性。研究结果表明，核反馈耦合条件下系统中出现很低欠热度不稳定性区，反馈系数大小、测量系统和元件动态响应特性对自然循环两相流动稳定性有重要影响。     

新型压水堆自然循环特性计算分析

针对新型压水堆的结构特点，在一维质量、动量和能量守恒方程的基础上，建立了描述其稳态自然循环特性的数学模型．模型对新型压水堆在稳态自然循环过程中可能出现的流动形式和换热状态进行了充分考虑．通过数值迭代求解该模型，对新型压水堆的自然循环特性进行了理论分析．计算结果表明：反应堆自然循环流量随堆芯功率的增加而增加，并且是堆芯功率的指数函数；在不同蒸汽压力下，反应堆的自然循环流量不同，且随蒸汽压力的增加而增加．冷热芯位差越大，反应堆自然循环能力越大．该研究对我国新型压水堆的概念设计提供了重要的理论依据．     

Dynamic Model for the Control System Simulation and Design of a 200 MW Nuclear Heating Reactor

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｎａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｆｏｒｔｈｅｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＮＨＲ２００ｗｈｉｃｈｉｓｔｏｂｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｉｎＣｈｉｎａ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｅｓｉｇｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ,ａｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｉｓｎｅｅｄｅｄ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ,ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｃｏｄｅＲＥＴＲＡＮ０２ｉｓｕｓｅｄｆｏｒｔｒａｎｓｉｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＮＨＲ２００,ｂｕｔｉｔ…     

ADS次临界堆芯动态特性模拟

次临界反应堆依靠质子束打靶产生的中子来维持运行,其动态行为与普通临界堆不同.本文建立了铅铋次临界堆芯的动态模型,编写了相应的计算程序,验证了ADS中子动力学模拟的正确性.本文分别模拟了冷却剂入口温度和流量变化对次临界堆的影响.同时,模拟了不同加速器频率下,次临界反应堆的动态响应.结果表明,冷却剂入口温度和流量,均会影响次临界堆的安全运行;选择高频率的质子加速器可以保持次临界堆的稳定运行.     

Experimental Study of a Stoppage Natural Circulation during a Nuclear Heating Reactor LOCA

IntroductionThe5MW Nuclear Heating Reactor( NHR- 5)was designed and built by the Institute of NuclearEnergy Technology( INET) of Tsinghua Universityin 1 989.The development of a 2 0 0 MW NuclearHeating Reactor ( NHR- 2 0 0 ) as an industrialdemonstration was undertaken by INET undercooperation with otherinstitutions.The main loopsof the 5MW nuclear heating reactor and the2 0 0 MW nuclear heating reactor are integralnatural circulation systems[1,2 ] . The naturalcirculation of the…     

天然气加热炉内介质水非稳态耦合热流场研究

设计制造高效节能的加热气化设备是油气工业中迫切需要解决的问题。本文深入研究天然气加热炉传热机理,开创性地构建了大空间非稳态自然对流及介质参与性辐射耦合传热模型,求解水作为中间载热介质的天然气加热炉内非稳态耦合热流场,并通过天然气加热、传热流动试验平台,对边界条件进行试验校准并验证了数值分析模型的正确性。结果显示,加热炉内流场不均,整体循环不佳,加热炉的启动时间为2.5 h,加热效率仅为83.5%,介质参与性辐射占总传热量的24.5%。显然,传统加热炉结构有待优化,且介质参与性辐射影响不可忽略。     

天然气加热炉内介质水非稳态耦合热流场研究

设计制造高效节能的加热气化设备是油气工业中迫切需要解决的问题。本文深入研究天然气加热炉传热机理,开创性地构建了大空间非稳态自然对流及介质参与性辐射耦合传热模型,求解水作为中间载热介质的天然气加热炉内非稳态耦合热流场,并通过天然气加热、传热流动试验平台,对边界条件进行试验校准并验证了数值分析模型的正确性。结果显示,加热炉内流场不均,整体循环不佳,加热炉的启动时间为2.5 h,加热效率仅为83.5%,介质参与性辐射占总传热量的24.5%。显然,传统加热炉结构有待优化,且介质参与性辐射影响不可忽略。     

高温气冷堆温度反馈的集总参数法模拟

该文研究了模块式高温气冷堆的堆芯热工反馈模型。在三维圆柱几何堆芯中子时空动力学改进准静态方法的基础上,应用集总参数法建立了模块式高温气冷堆堆芯温度反馈的热工模型。将全堆划分为燃料颗粒、等效慢化剂和反射层3个区域,通过热工反馈求解反应性变化。在反应性扰动和冷却剂丧失情况下,模拟了反应性、堆内各区温度、各能群中子平均注量率以及相对功率等物理量随时间的变化。模拟结果与理论分析一致,初步实现了高温气冷堆的物理热工耦合。     

一体化核反应堆套管管束式换热器设计与试验

建立了套管管束式换热器的计算模型,以便进行该种换热器热工水力学设计计算和结构优化。利用该模型,研究了一体化核反应堆自然循环和强迫循环两种工况下该换热器的比表面、传热系数、体积比功率等特性,确定了优化方向。以自然循环工况下,管心距为15.8~16.4 mm时,该换热器特性最优的分析结果为依据。加工了19根传热管组件的实验本体,在清华大学核能与新能源技术研究院进行了相关的热工水力学试验。试验所得传热系数,阻力降在未引入任何经验常数的情况下,分别与计算结果偏差小于5%、10%。