用频域控制理论分析HTR-10蒸汽发生器流动不稳定性

１０ ＭＷ高温气冷实验堆（ＨＴＲ－１０）蒸汽发生器是管内直流蒸汽发生器，且工作压力为 ４． ０ ＭＰａ，流动不稳定性必须给予重视。本文应用频域控制理论研究 ＨＴＲ－１０蒸汽发生器两相流密度波不稳定性，对蒸汽发生器的传热和流动建立了数学模型，利用线性微扰原理和Ｌａｐｌａｃｅ变换推导出闭环系统的特征方程，应用频域控制理论中的Ｎｙｑｕｉｓｔ稳定性定理判断系统的稳定性，在此基础上编制了ＡＤＩＳ程序，并应用此程序分析ＨＴＲ－１０蒸汽发生器的稳定性。结果表明，ＨＴＲ－１０蒸汽发生器在设计负荷下是渐近稳定的。     

HTR-10蒸汽发生器试验回路及其水动力特性分析

１０ＭＷ高温气冷堆（ＨＴＲ－１０）蒸汽发生器的两相流动稳定性问题是设计中必须考虑的问题，文中分析了ＨＴＲ－１０蒸汽发生器恒热流和强迫循环一次热源的静态水动力特性。论述了用恒热流所得判别各类稳定性准则作为Ｈｅ加热的ＨＴＲ－１０蒸汽发生器设计依据是不足的。有必要进行Ｈｅ加热ＨＴＲ－１０蒸汽发生器工程模型两相流稳定性试验。还介绍了ＨＴＲ－１０蒸汽发生器工程模型试验回路及本体，以及在该试验回路上预期达到研究成果。     

Flow Instability Analysis of Two-circuit-coupled Density-wave Oscillations in HTR-10 SG

１０ＭＷ高温气冷堆（ＨＴＲ－１０）的蒸汽发生器（ＳＧ）是立式、直流、螺旋管状蒸汽发生器。其工作在中压参数下，必须考虑两相流不稳定性。采用了Ｚｕｂｅｒ－Ｆｉｎｄｌａｙ漂移流模型，借助于多变量频域法分析两相流密度波不稳定性。分析了一、二回路之间的反馈耦合作用，提出了多输入、输出传递矩阵的数学表达式，推导了多通道反馈系统模型。编制了程序ＡＦＩＨＴＲ，并计算出ＨＴＲ－１０ＳＧ中两回路耦合密度波振荡的稳定条件。     

自然循环过冷沸腾流动和CHF的实验研究

为了研究自然循环过冷沸腾条件下流动不稳定性和临界热流密度 ( CHF)的影响因素及其规律 ,以氟里昂作工质 ,在系统压力为 0 .9～ 2 .4MPa,入口过冷度为 -0 .61～-0 .0 8K,加热功率为 1.2～ 13 k W实验条件下 ,对自然循环过冷沸腾流动不稳定性和 CHF进行了实验研究。实验结果证实 ,自然循环系统内可能发生两类流动不稳定性 :高频声波型脉动和低频密度波型脉动。流动不稳定性的发生与整个系统的几何结构及总加热功率有关 ,而 CHF则主要取决于局部的流动参数和加热热流密度。得到了判断系统流动不稳定性的发生界限。修正的 Bowring关系式可以可靠地用于预测自然循环过冷沸腾条件下的临界热流密度     

氦气试验回路和热气导管性能试验装置

高温气冷实验反应堆（ＨＴＲ－１０）的热气导管和它的同轴外壳，连接肩并肩分开布置的反应堆和蒸汽发生器压力容器，管内、外分别流过从堆芯底部到蒸汽发生器的高温氦气（７００ ℃或９５０ ℃）和反向的低温氦气（２５０ ℃或３００ ℃），它的热性能试验将在氦气试验回路上进行。描述了氦回路和热气导管试验段的技术特征。氦气试验回路由氦回路系统、冷却系统、氦净化、贮存和压力调节系统、氦中痕量杂质的取样分析系统、参数测量、数据采集与监控系统等组成。热气导管试验段具有三层套管式结构，内设氦气内加热器，试验热气导管和冷、热氦混合器，在被试热气导管内外形成７００℃和２５０℃或９５０℃和３００ ℃的加压氦气反向流动环境，用来研究的ＨＴＲ－１０热气导管的高温热性能和在运行工况下的完整性。     

HTR-10 蒸汽发生器螺旋盘管的振动和稳定性分析

为了保证１０ＭＷ高温堆蒸发器正常运行，应避免蒸汽发生器的螺旋盘管管内高速流体诱发管道振动失稳。本文将螺旋盘管考虑为有弯曲变形、剪切变形、扭转变形的曲梁，运用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理，推导出有传输流体的螺旋管的动力学方程，采用等参元离散化求解螺旋管的固有频率。研究结果表明，螺旋管的固有频率为３３～１０１ｋＨｚ，不可能发生动态失稳。因此，ＨＴＲ－１０蒸汽发生器的螺旋盘管在现有设计条件下是稳定的。     

核反应堆蒸汽发生器两相流不稳定性现象规律、研究方法及应用

核反应堆蒸汽发生器二次侧的流动不稳定现象不仅会影响控制系统，而且会使设备结构的压力边界疲劳损坏。两相流不稳定性的表现形式多样、影响因素众多、机理复杂、研究方法种类多，一直是蒸汽发生器和两相流领域的经典问题之一。首先，该文介绍了两相流不稳定性的常见分类和3种典型不稳定性的机理，包括流量漂移、密度波型脉动和压力降型脉动。其次，从守恒方程出发，总结了各种研究方法。再次，系统性总结了3种典型不稳定性的研究现状，并重点介绍了清华大学核能与新能源技术研究院堆工团队的工作。然后，该文提出了使用新无量纲数描述复杂过热系统，包括两相数、过热数、无量纲泵数和无量纲旁通数，明确和统一了Froude数、摩擦数、管长和管径等对密度波型脉动的影响规律，并解释了此前研究中矛盾的结论。同时，该文给出了有关模型简化和边界条件对稳定边界影响的理论推导和证明，并明确了实验室小规模单管或简化并联管试验段及工程验证试验回路与实际核电厂蒸汽发生器及二回路系统之间的替代条件。最后，该文介绍了高温气冷堆示范工程(high temperature gas-cooled reactor-pebble bed module, HTR-PM...     

10MW高温气冷实验堆建造许可证的安全审评(英文)

清华大学核能技术设计研究院目前正在设计建造我国第一座高温气冷实验堆（ＨＴＲ－１０），功率为１０ＭＷ。ＨＴＲ－１０的设计，体现了模块式高温气冷堆的先进特征，其中最主要的是固有安全特性。ＨＴＲ－１０的安全审评也是一个新的课题。本文阐述了ＨＴＲ－１０建造许可证审评中所遵循的依据和原则以及审评的主要过程和活动，讨论了审评过程中的主要安全问题，包括燃料元件、源项计算、事故分析、安全分级、包容体设计等。     

立式螺旋管圈内汽水两相流动不稳定性的研究

在高压汽水试验回路上进行了立式螺旋管圈内水动力不稳定性的试验研究．在较宽的试验参数范围内就系统压力、质量流速、入口过冷度、热负荷、进口和出口节流对于立式螺旋管圈内水动力不稳定性的影响进行了研究分析。结果表明在此类管圈中存在压力降型、密度波型和热力型脉动，同时建立了描述系统极限状态下各参数相互关系的极限状态方程式，得出了预测极限热负荷的经验公式。为该类型装置的设计与运行提供了可靠的依据。     

低质量流速垂直并联内螺纹管中两相流不稳定性试验研究

针对600 MW超临界"W"火焰锅炉低质量流速水冷壁所采用的内螺纹管及锅炉设计参数,在高压汽水两相流试验台上进行了垂直并联内螺纹管中两相流不稳定性的试验研究,并观测到了压力降和密度波两种形式的脉动.在试验参数范围内就系统压力、质量流速、进口过冷度、上游可压缩容积、出口节流度和不对称加热对两相流不稳定性的影响进行了研究和分析.试验表明,在垂直并联内螺纹管中,压力降型脉动出现在干度较低的水动力曲线负斜率段,为两管整体脉动,而密度波型脉动出现在干度较高的正斜率区域,呈管间脉动.同时,根据试验结果,采用均相流模型得到了不稳定发生的界限关系式,为超临界锅炉低质量流速垂直并联内螺纹管水冷壁的设计与安全运行提供了依据.     

低密度流体冲刷下螺旋管束的振动行为

在西安交通大学风洞台架上，针对２００ＭＷ高温气冷堆蒸汽发生器设计参数所建立的实验模型，研究了蒸汽发生器中螺旋管管束在横向低密度流体冲刷下的振动行为。针对发生流体弹性不稳定现象时的临界流速；不同螺旋半径上相邻管的相互影响；同一螺旋半径上、下游管的相互影响等问题作了讨论。获得的结果对高温气冷堆氦气蒸汽发生器的设计提供了依据，同时亦为螺旋管束的诱发振动理论计算和理论模型的建立提供实验依据。     

Solar-driven high-temperature steam generation at ambient pressure

This paper demonstrates a facile solar steam generator for the generation of high-temperature steam at ambient pressure. The steam generator consists of a coiled copper tube(CCT) that serves as both solar collector and vapor heater. Both the inner and outer surfaces of the CCT are coated with black superhydrophobic copper oxide layer to improve the solar absorption, and such superhydrophobic layer prevents the condensation and clogging of water vapor during the heating process. Solar vapor is generated at the inlet of CCT through interfacial evaporation and subsequently heated inside the CCT as the vapor travels from the inlet to the outlet. By employing this approach, steam temperature that exceeds 100℃ under 1-sun illumination is demonstrated. Furthermore,steam temperature could reach as high as 250℃ under 10-sun illumination at ambient pressure. Successful sterilization experiment was also performed in this work to demonstrate the potential application of the high temperature steam generated. Such demonstrated approach helps open up the potential usage of solar-driven interfacial evaporation in applications that involve high-temperature steam, including medical sterilization,chemical manufacturing and food processing.     

HTR-10直流蒸汽发生器动态特性的仿真研究

研究蒸汽发生器的动态特性 ,可以为控制系统的分析设计提供依据 ,提高它的运行水平。为此 ,建立了 1 0 MW高温气冷堆 (HTR- 1 0 )蒸汽发生器的动态模型 ,较全面地反映了在功率运行范围内螺旋管直流蒸汽发生器的分布性、非线性及动态特性。在此基础上进行了详尽的仿真 ,结果表明 ,该模型的静态仿真值与静态设计值及实验值相符合 ;仿真动态过程符合热工水力学及其定性机理分析结果。这些结果对于设计蒸汽发生器的控制系统具有非常重要的意义。     

汽液两相流激波升压过程的实验研究

在不同的混合腔喉部直径，喷嘴前蒸汽压力，进水流量下，实验研究了汽液两相流激波升压装置的特性，实验结果表明，汽液两相流激波升压的最大无量纲升压系数为2．4；混合腔喉部趱戏增大，其升压效果下降；引射率及蒸汽压力增加，其无量纲升压系数都将增大，这些结论对汽液两相流激波升压装置的进一步研究及应用具有一定的意义。     

10 MW高温气冷堆的协调控制方案

针对10MW高温气冷堆(HTR-10)核动力装置堆型新,对象动态特性复杂等特点,研究了自动控制系统的整体结构,结合工程要求设计了相应的协调控制方案.分析并提出控制器参数的工程整定方法,通过仿真着重在典型给定置变化或扰动情况下,对各方案控制性能进行了深入分析和考查.最终给出"核功率控制热氦温度以及氦流量控制蒸汽温度”的方案作为工程重点,可为实际运行操作提供直接参考,并为HTR10整体控制策略的深入研究奠定了基础.     

变截面通道内超音速两相流升压过程的研究

通过对超音速汽液两相流在变截面通道中的升压过程的实验研究，得到了变截面通道内超音速汽液两相流的压力分布规律。实验结果表明，变截面通道中超音速汽液两相流的压力分布与出口压力、进水流量无关，而主要的影响因素是进水温度和进汽压力，同时超音速汽液两相流在变截面通道的渐缩部分的压力可以近似认为不变，凝结激波发生在变截面通道的喉部等，这些研究结果对该技术的进一步理论研究和应用均具有重要意义。     

DCS网络故障下蒸发器水位控制失效模式分析和优化

蒸汽发生器水位控制直接影响反应堆保护,通过4取2逻辑产生蒸发器水位低低反应堆停堆信号,蒸发器水位低与上蒸汽/给水流量失配信号产生反应堆停堆信号。文章通过介绍蒸发器水位控制原理及其信号流程,并结合福清核电1-4号机组DCS网络结构,分析了在DCS网络故障下,蒸发器水位控制失效的两种模式,分别提出优化方法以保障蒸发器水位控制的稳定性和完整性。针对优化方法的可行性,得出需对蒸汽流量信号和给水温度信号进行传输优化,并增加后备盘质量位判断逻辑的结论,以提高核电厂安全稳定。     

高温气冷堆螺旋管直流蒸汽发生器时域模型

螺旋管直流蒸汽发生器(SG)是高温气冷堆核电站的关键部件。为研究SG内氦气、水/蒸汽流动和换热的动态过程,该文建立了SG时域模型并编制了计算程序。其中,水/蒸汽两相流采用一维漂移流模型描述;氦气采用一维、可压缩流动模型描述;两侧流体与管壁的换热系数和流动阻力系数采用经验关系式计算。求解方法采用适用于动态、低速、可压缩流动的压力修正算法,以克服低Mach数造成的数值不稳定。采用此模型计算了THTR-300SG温度分布,计算结果与实验结果相比平均温度误差小于10℃。动态计算结果表明,此模型可以捕捉到规律的两相流脉动。利用此模型可以进行SG热工设计、不稳定性分析以及电站系统的工艺设计。