钠冷快堆直流蒸汽发生器建模与仿真研究.pdf
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1、为了研究液态金属冷却快堆的运行模式和控制方案需要对直流蒸汽发生器进行合理的建模仿真以研究其动态特性 针对某大型钠冷快堆的直流式蒸汽发生器采用/平台基于三大守恒方程建立了一种工艺仿真模型包括稳态计算方法和瞬态计算模型 仿真结果表明该模型的稳态精度较高与设计参数的稳态误差在 以内且计算速度较快能够满足控制系统设计的需求 基于该模型对蒸汽发生器出口蒸汽参数的动态响应特性进行了仿真研究得到了出口蒸汽和温度随入口钠、水参数阶跃变化的特性曲线发现在其他条件不变时直流蒸汽发生器出口蒸汽温度主要受入口钠温度影响而出口蒸汽压力的主要影响因素为给水流量 在设计控制系统时应当将钠入口温度作为蒸汽温度的主要调节参数而
2、将给水流量作为蒸汽压力的主要调节参数关键词:液态金属冷却堆直流蒸汽发生器钠冷快堆仿真中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期 修订稿日期 作者简介:戴饶棋()男博士研究生研究方向为反应堆控制 (.):./.().:液态金属冷却快中子增殖堆(以下简称快堆)具有提高铀资源利用率和嬗变长寿命放射性核素的优点是我国“热堆 快堆 聚变堆”三步走核能发展战略的关键一步 在快堆发展规划中我国研究人员遵循了“实验快堆 示范快堆 商用快堆”的路径 为了对大型钠冷快堆的全厂运行模式和控制方案进行分析研究需要对其特有的直流蒸汽发生器建立兼具效率和准确性的仿真模型 首先提出将边界可移动方法用于直流蒸汽发生器的建
3、模然而其模型较为复杂不适合用于控制系统 等人将 模型中的换热区进行合并提高了模型的计算速度 张建民等人采用/建立了基于可移动边界的钠冷快堆直流蒸汽发生器动态仿真模型然而其模型缺少了对蒸汽压力的描述 张厚明则基于 模型采用/建立钠冷快堆直流蒸汽发生器动态仿真模型然而其模型数值稳定性不佳不适于大扰动工况下的计算本文针对某大型钠冷快堆基于/建立了直流蒸汽发生器仿真模型具有计算迅速、精度较高的优点可以用于控制系统分析、实时计算并在此模型基础上对该快堆蒸汽发生器动态特性进行了仿真分析 直流蒸汽发生器特性传统的压水堆核电机组一般采用 型管式自然循环蒸汽发生器压力较高的一回路水从管侧流过二回路水/汽位于壳侧
4、由于一回路水参数较低因此压水堆蒸汽发生器水侧只能产生饱和蒸汽 钠冷快堆是目前世界快堆发展中的主流堆型其热传输系统一般采用“钠 钠 水”三个回路的结构蒸汽发生器是二回路钠和三回路水/汽的物理分隔入口钠温通常可达 以上为了充分利用钠的高参数提高机组热效率快堆蒸汽发生器一般都设有过热器从而产生过热蒸汽目前世界上有代表性的快堆多采用管壳式直流蒸汽发生器液态金属在壳侧流动而工质在给水泵压头的驱动下一次性流过传热管并通过传热管壁与壳侧金属进行热交换 管壳式直流蒸汽发生器内的传热管形状多样一般认为直管式和螺旋管式的换热管在可靠性和经济性方面的表现较为优秀 我国目前已建和在建的快堆即采用了直管式直流蒸汽发生器
5、直流蒸汽发生器内部的物理过程的数学描述非常复杂沿着管内液体流动方向存在多种不同的流型分区每个分区的换热、压降机理也不相同并且存在气液两相漂移的问题 在建立直流蒸汽发生器数学模型时一般做出如下假设:()用一根换热管代替直流蒸汽发生器管束换热管之间互相独立()各参数在换热管径向保持不变只考虑流体沿流向的参数变化()忽略管壁沿轴向的换热()壳侧的钠和管侧的液相水不可压缩基于上述假设对直流蒸汽发生器的动态建模方法可分为两种第一种为节段边界固定法第二种为节段边界可移动方法 其中边界可移动方法由 首先提出其基本思想为将蒸发器沿水侧流体流动方向分为过冷区、核态沸腾区、膜态沸腾区和过热区每个换热区段又均分为若
6、干节段在每个节段分别建立质量守恒和能量守恒方程 模型的计算结果较为精确然而计算速度较慢不适合用于控制系统的建模中 因此 等人将核态、膜态沸腾区合并为沸腾区并且每个换热区视为一个节段提高了模型的计算速度本文提出了一种直流蒸汽发生器的建模方法在蒸发器部分将换热区分为过冷区、沸腾区和过热区 个部分每个换热区为 个节段如图 所示而过热器部分按长度均分为 个节段这种方法结合了 模型和 模型的优点在准确性和运行速度上都有优良的表现图 蒸发器部分传热分区示意图 直流蒸汽发生器稳态计算基于 模型的基本思想将蒸汽发生器简化为单管换热过程编制程序对某大型钠冷快堆额定功率运行时蒸汽发生器的稳态参数进行计算 该快堆的
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