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钠冷快堆一回路主冷却系统仿真研究

作　者: 崔满满
导　师: 张志俭
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 核能科学与工程
关键词: CEFR 一回路主冷却系统仿真模型程序开发
分类号: TL433
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 55次
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内容摘要

中国实验快堆是一座热功率为65MW、电功率为25MW的小型池式钠冷快堆，该堆已于2010年7月12日首次达到临界，并开始运行，为开展一些事故运行工况研究、保证运行安全和人才培训，急需尽快研制一套全范围系统仿真机。钠冷快堆一回路系统仿真是快堆全范围仿真的关键技术之一，已开发的钠冷快堆程序大多数是针对特定反应堆的专用程序，应用于其它快堆时有改动量大、灵活性差的缺点。到目前为止，尚没有针对中国实验快堆一回路主冷却系统开发的仿真程序。本文针对中国实验快堆一回路主冷却系统的结构和运行特点，采用“控制体”思想建立了一回路主冷却系统数学模型，主要包括基本的热工水力方程、主泵水力模型、燃料导热模型、中间热交换器壁温计算模型以及液钠物性计算、流动换热计算等辅助模型。由于数学模型中的方程组带有一定的刚性，本文采用吉尔算法对其进行求解，提高了计算速度，减少了计算机耗时。Gear方法是满足刚性稳定性的线性多步法，它采向后差分的隐式方法，并设计了一种病态稳定策略，可做到步长与特征值乘积大时是精确地，从而很好地跟踪解的快变部分；而对于两者乘积小时又是稳定的，保证当特征值十分小时也不会失真。基于FORTRAN语言，采用模块化设计，编写了钠冷快堆一回路主冷却系统仿真程序，用中国实验快堆的设计数据对稳态程序进行了对比和验证。另外，选取了《中国实验快堆最终安全分析报告》中的三个动态工况对动态模型进行验证，分别为额定工况下一台一次钠泵停运、调节棒失控提升合并无紧急停堆和一回路两个逆止阀同时关闭。三个事故的主要热工参数随时间变化趋势同最终安全分析报告符合的很好，且未超出相关安全限值。最后用本文开发的程序对额定工况下一回路流量增加的假想工况和全厂断电合并无紧急停堆且失去全部热阱的极限事故工况进行了分析，对计算结果的分析表明程序得到的仿真曲线趋势合理，同时也证明了相关仿真模型的合理性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 引言  11-12
  1.2 国内外研究现状和发展动态  12-17
    1.2.1 仿真技术在核能领域的应用  12-13
    1.2.2 反应堆热工水力建模和分析方法  13-14
    1.2.3 钠冷快堆一回路系统仿真研究现状  14-17
  1.3 课题主要工作  17-19
第2章钠冷快堆一回路主冷却系统物理模型  19-33
  2.1 CEFR 一回路主冷却系统的结构  19-22
  2.2 CEFR 一回路主冷却系统工作原理  22-24
  2.3 CEFR 一回路主要部件和设备工作原理  24-31
    2.3.1 一回路主循环泵  24-26
    2.3.2 压力管部件  26
    2.3.3 大栅板联箱  26
    2.3.4 CEFR 堆芯  26-28
    2.3.5 热钠池  28-29
    2.3.6 中间热交换器  29-31
    2.3.7 冷钠池  31
  2.4 本章小结  31-33
第3章钠冷快堆一回路主冷却系统数学模型  33-53
  3.1 建模基本方法  33-34
  3.2 冷却剂热工水力基本方程  34-35
  3.3 燃料元件导热模型  35-38
  3.4 中间热交换器壁温计算模型  38-40
  3.5 主泵水力计算模型  40-41
    3.5.1 转速模型  40-41
    3.5.2 流量扬程曲线拟合关系式  41
  3.6 环路动量方程  41-42
  3.7 辅助模型  42-51
    3.7.1 液钠物性计算模型  42-44
    3.7.2 液钠的换热系数计算模型  44-48
    3.7.3 液钠的摩擦阻力计算模型  48-51
  3.8 本章小结  51-53
第4章数值求解方法和程序编制  53-59
  4.1 数值方法的选择  53-57
  4.2 程序的编写和求解流程  57-58
  4.3 本章小结  58-59
第5章程序验证和结果分析  59-81
  5.1 DINROS 程序介绍  59-61
  5.2 中国实验快堆运行与事故状态的验收准则  61-62
  5.3 稳态工况程序验证  62-63
  5.4 瞬态工况程序验证  63-73
    5.4.1 额定工况下一台一次钠泵停运  64-68
    5.4.2 调节棒失控提升合并无紧急停堆  68-70
    5.4.3 一回路两个逆止阀同时关闭  70-73
  5.5 中国实验快堆动态工况计算  73-80
    5.5.1 额定工况下一回路流量增加  73-77
    5.5.2 全厂断电合并不能紧急停堆并失去全部热阱  77-80
  5.6 仿真程序实时性分析  80
  5.7 本章小结  80-81
结论  81-83
参考文献  83-88
攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果  88-89
致谢  89

钠冷快堆一回路主冷却系统仿真研究

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