一種SCWR核能系統(tǒng)概念設(shè)計的水動力特性研究.pdf

1、水從次臨界轉(zhuǎn)變到超臨界過程中,由于在擬臨界點處物性參數(shù)有突變,所以使得整個超臨界水系統(tǒng)的傳熱和流動會形成復(fù)雜的非線性關(guān)系。國內(nèi)外對于超臨界壓力下循環(huán)回路系統(tǒng)水動力特性(靜態(tài)流動特性)的相關(guān)研究目前比較少,未形成統(tǒng)一的認(rèn)識。本文以簡化的自然循環(huán)和強制循環(huán)回路為對象,建立超臨界水系統(tǒng)循環(huán)回路一維穩(wěn)態(tài)熱工水力模型,推導(dǎo)得到回路系統(tǒng)水動力特性模型方程;考慮超臨界下回路系統(tǒng)方程的強烈非線性特點,在模型數(shù)值求解上引入基于延拓概念的DERPAR非線性

2、數(shù)值方法,開發(fā)超臨界水動力特性分析程序,并利用現(xiàn)有的超臨界循環(huán)回路進行驗證,驗證結(jié)果表明了論文開發(fā)程序計算具有一定準(zhǔn)確性。
　　然后針對一種典型的美國超臨界水堆(US-SCWR)概念設(shè)計方案,對其堆芯與反應(yīng)堆主回路系統(tǒng)(RCS),以及非能動余熱排出回路系統(tǒng)(PRHRS)的進行了簡化與等效。采用論文中開發(fā)的水動力特性分析程序,系統(tǒng)計算研究了US-SCWR主回路系統(tǒng)和PRHRS系統(tǒng)的水動力特性及輸、排熱能力,揭示了循環(huán)流量-堆芯功率的

3、非單調(diào)關(guān)系及其機制,分析了系統(tǒng)的傳熱特性,并討論了冷卻劑堆芯進口溫度、功率分布以及泵特性、回路結(jié)構(gòu)高度、局部系統(tǒng)阻力等因素對系統(tǒng)運行中水動力特性和傳熱的影響規(guī)律。
　　分析表明,在US-SCWR概念設(shè)計方案中,主回路系統(tǒng)流量隨堆芯功率提升先平緩變化,達到某一最高值后,開始較大幅度下降。US-SCWR運行工作點在水動力特性上處于稍不利的區(qū)域,概念設(shè)計中需考慮運行裕量;在較高堆芯功率工況下,堆芯進口溫度升高可能會使主回路出現(xiàn)循環(huán)流量降

4、低過多的現(xiàn)象,所以系統(tǒng)運行中應(yīng)通過控制保護系統(tǒng)防止進口溫度過高。主泵特性對回路水動力學(xué)和輸熱也有影響,在較高的循環(huán)流量下,提高主泵有效功率、降低流量-揚程曲線陡度均可有利于系統(tǒng)輸熱。
　　相比較主泵強制循環(huán)的主回路系統(tǒng),利用自然循環(huán)的PRHRS系統(tǒng)的水動力曲線更“不平坦”。當(dāng)余熱功率上升到堆芯出口處正好處于擬臨界點附近區(qū)域時,PRHRS流量達到最大值。但其實際工作點遠離輸熱不利區(qū)域,運行中不會進入最大流量以后的區(qū)域,表明系統(tǒng)是安全