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直流蒸汽发生器建模与控制方法研究

作　者: 陈兴华
导　师: 夏国清
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 核能科学与工程
关键词: 蒸汽发生器有限体积法 SIMPLE算法 PID
分类号: TL353.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

蒸汽发生器是核动力装置中的关键设备,它既是一回路设备、又是二回路设备,是一、二回路的枢纽。它将一回路冷却剂中的能量传递给二回路工质,使二回路工质由过冷水状态变成微过热的蒸汽,完成能量的传递。运行经验表明,蒸汽发生器是事故发生率相对较高的设备。研究蒸汽发生器的特性对于提高可靠性,减少事故的发生具有重要意义,而蒸汽发生器的数学模型是研究蒸汽发生器特性的基础。本论文针对套管式直流蒸汽发生器进行数学建模研究。通过分析套管式直流蒸汽发生器的结构和工作原理,进行合理的简化假设,根据流体服从的三大守恒定律,建立了可以描述套管式直流蒸汽发生器二回路工质特性的一维动态数学模型。沿工质流动方向划分均匀控制体,利用有限体积法对连续数学模型进行离散化处理,得到一维离散数学模型。用SIMPLE算法迭代求解离散数学模型,编制仿真计算程序,给出了入口流量和一次侧传热量阶跃扰动时的仿真计算结果。通过分析套管式直流蒸汽发生器在各种扰动下的动态特性,设计了PID控制器对套管式直流蒸汽发生器的出口压力进行控制。给出了一次侧传热量阶跃扰动时的控制仿真结果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题的背景和意义  10-13
  1.2 课题的国内外研究现状  13-15
    1.2.1 蒸汽发生器数学模型研究现状  13-14
    1.2.2 蒸汽发生器控制方法研究现状  14-15
  1.3 本文的研究内容  15-17
第2章蒸汽发生器数学模型研究  17-46
  2.1 引言  17-18
  2.2 套管式直流蒸汽发生器结构和工作原理  18-20
  2.3 模型的基本假设  20-22
  2.4 模型的基本方程  22-26
    2.4.1 质量守恒方程  22-23
    2.4.2 动量守恒方程  23-24
    2.4.3 能量守恒方程  24-26
  2.5 水和水蒸汽状态方程  26-32
    2.5.1 IAPWS-IF97概述  26-30
    2.5.2 热力学性质参数偏导数计算公式  30-32
  2.6 初始条件和边界条件  32-33
  2.7 基本方程离散化  33-45
    2.7.1 方程离散化方法概述  33-35
    2.7.2 划分计算网格  35-36
    2.7.3 建立离散方程  36-38
    2.7.4 控制体边界上的插值近似  38-43
    2.7.5 时间平均值的近似  43-45
  2.8 本章小节  45-46
第3章蒸汽发生器仿真计算研究  46-71
  3.1 引言  46-48
  3.2 仿真计算方法  48-56
    3.2.1 压力修正方法概述  48-50
    3.2.2 速度修正方程  50-53
    3.2.3 压力修正方程  53-54
    3.2.4 线性方程组解法  54-56
  3.3 仿真计算步骤和程序流程图  56-61
    3.3.1 仿真计算步骤  57-58
    3.3.2 程序流程图  58-61
  3.4 仿真结果分析  61-70
    3.4.1 二次侧给水流量阶跃扰动的影响  61-66
    3.4.2 一次侧传热量阶跃扰动的影响  66-70
  3.5 本章小结  70-71
第4章蒸汽发生器出口压力控制  71-80
  4.1 引言  71-72
  4.2 PID控制原理  72-75
  4.3 蒸汽发生器出口压力控制  75-79
    4.3.1 控制器设计  75-76
    4.3.2 控制器工作过程  76-77
    4.3.3 PID控制仿真结果  77-79
  4.4 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-86
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  86-87
致谢  87

直流蒸汽发生器建模与控制方法研究

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