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新型兆瓦级紧凑核动力装置的非能动余热排出系统设计分析

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核技术 2024年第1期47卷 115-123页

作者：袁乐齐吴和鑫苟军利单建强西安交通大学核科学与技术学院西安710049

热管堆具有结构简单、布局紧凑、固有安全性高的特点,是无人潜航器的理想堆型之一。针对采用热管堆的新型兆瓦级高效紧凑核动力装置,设计了一种利用自然循环冷却热管绝热段的非能动余热排出系统。使用计算流体力学方法对不同几何参数的... 详细信息

热管堆具有结构简单、布局紧凑、固有安全性高的特点,是无人潜航器的理想堆型之一。针对采用热管堆的新型兆瓦级高效紧凑核动力装置,设计了一种利用自然循环冷却热管绝热段的非能动余热排出系统。使用计算流体力学方法对不同几何参数的余排系统的排热能力进行模拟分析,使其保守满足最大余排功率的需求。结果表明:热管管束周围设计围板导流有利于降低流体最高温度,围板进出口宽度几乎不影响换热能力,而延长围板下部不利于自然循环;3.5兆瓦热管堆的应急冷却舱轴向长度为160 mm时可以保守满足最大余排功率,并在5~25℃的环境温度下均可正常工作。

关键词：热管堆无人潜航器非能动余热排出系统高温热管数值模拟

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非能动余热排出系统空冷器设计研究

化工设备与管道 2023年第4期60卷 48-54页

作者：王晓丁奉策强郭正荣古莉刘玉姗张玉祯刘艳芳东方电气股份有限公司四川成都611731 国网综合能源服务有限公司四川电力工程分公司四川成都610072 四川省水利规划研究院四川成都610072

总结并讨论了核电非能动余热排出系统中空冷器的设计方法。分析表明,铝翅片比钢翅片的传热性能更高,经济性更好,设计时应当优先考虑。但核级空冷器在高温条件下运行较为普遍且自然循环驱动力更大,因此在铝翅片不适用的情况下,采用翅片... 详细信息

总结并讨论了核电非能动余热排出系统中空冷器的设计方法。分析表明,铝翅片比钢翅片的传热性能更高,经济性更好,设计时应当优先考虑。但核级空冷器在高温条件下运行较为普遍且自然循环驱动力更大,因此在铝翅片不适用的情况下,采用翅片效率较低但许用温度更高的钢翅片也能满足设计要求,并且迎面风速同样能控制在1m/s以上。此外,为了准确掌握空冷器在余热载出过程中随堆芯衰变热变化而呈现出的不同传热和阻力特性,有必要开展中、低流量下的热工水力试验研究。

关键词：非能动余热排出系统空冷器自然循环翅片管传热

基于CFD的气冷微堆堆芯与非能动余热排出系统一体化数值分析

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原子能科学技术 2023年第6期57卷 1182-1192页

作者：黄政张朔婷董建华王贺南刘国明陈巧艳堵树宏中国核电工程有限公司反应堆工艺研究所北京100840

为了在事故条件下导出气冷微堆堆芯余热,本文提出了一种非能动余热排出系统(简称余排系统)设计。余排系统的自然循环流动换热和反应堆堆芯的温度分布具有紧密的耦合反馈作用,对于事故条件下的余排系统换热性能和燃料最高温度有重要影响... 详细信息

为了在事故条件下导出气冷微堆堆芯余热,本文提出了一种非能动余热排出系统(简称余排系统)设计。余排系统的自然循环流动换热和反应堆堆芯的温度分布具有紧密的耦合反馈作用,对于事故条件下的余排系统换热性能和燃料最高温度有重要影响。本文基于COMSOL Multiphysics软件,针对棱柱型气冷微堆设计,开发了包含反应堆堆芯和余排系统的一体化流动传热计算模型,并与MHTGR基准题和方腔自然对流基准题开展了关键模型验证。利用该计算模型分别研究了正常运行稳态和失流未失压事故瞬态工况下的余排系统工作特性以及堆芯温度响应状态,评估了该系统对事故的缓解效果。计算结果表明,正常运行工况下,余排系统空气自然循环流动规则平稳,带热造成的热损耗水平可以接受,不会显著影响堆芯温度。在失流未失压事故工况下,余排系统早期换热功率较高,后期由于压力容器壁面温度的下降而逐渐降低。总体而言,该系统能有效导出堆芯热量,从而保证堆芯结构的完整性。本文建立的一体化CFD计算模型能用于气冷微堆余排系统的方案设计以及事故安全分析评价。

关键词：高温气冷堆气冷微堆非能动余热排出系统 COMSOL Multiphysics 自然循环

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二次侧非能动余热排出系统启动特性研究

动力工程学报 2023年第12期43卷 1592-1598页

作者：孙奥程杰朱东保田春平王建军阎昌琪哈尔滨工程大学黑龙江省核动力装置性能与设备重点实验室哈尔滨150001 武汉第二船舶设计研究所武汉430064

以海洋核动力平台为应用背景,针对其二次侧非能动余热排出系统设计方案,设计搭建了模拟实验装置,研究了系统的启动特性,分析了系统在启动过程中重要参数的变化规律。结果表明:在所研究的工况范围内,二次侧余热排出系统均能够建立稳定的... 详细信息

以海洋核动力平台为应用背景,针对其二次侧非能动余热排出系统设计方案,设计搭建了模拟实验装置,研究了系统的启动特性,分析了系统在启动过程中重要参数的变化规律。结果表明:在所研究的工况范围内,二次侧余热排出系统均能够建立稳定的自然循环,有效导出蒸汽发生器中U型管输入的热量;在二次侧非能动余热排出系统启动过程中,初始投运压力只会影响系统达到渐进稳态的过程,而不会对系统的最终稳定状态产生影响;冷却水箱中的热分层是影响余热排出换热器出口温度演变特性的重要因素。

关键词：非能动余热排出系统自然循环启动特性热分层

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非能动余热排出系统二次侧模拟准则数研究

核动力工程 2012年第S1期33卷 32-36,94页

作者：周磊闫晓郗昭熊万玉肖泽军中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室成都610041

推导得出非能动余热排出系统二次侧自然循环过程的控制方程。选取合理的特征尺度,对方程进行了无量纲化,得到系统的相似准则数。本课题研究的主要特点是对两个相互耦合的自然循环过程的处理,对于能量方程的选取及无量纲化处理比已有类... 详细信息

推导得出非能动余热排出系统二次侧自然循环过程的控制方程。选取合理的特征尺度,对方程进行了无量纲化,得到系统的相似准则数。本课题研究的主要特点是对两个相互耦合的自然循环过程的处理,对于能量方程的选取及无量纲化处理比已有类似研究也有所改进。

关键词：非能动余热排出系统自然循环相似准则数

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非能动余热排出系统长期冷却特性实验研究

核动力工程 2017年第2期38卷 43-45页

作者：周慧辉彭传新徐建军黎阳中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室成都610213

为了获取ACP100非能动余热排出系统(PRS)长期运行特性,在切除全部堆芯功率这一极限工况下,开展长期冷却特性实验研究。研究发现:在反应堆本体、堆芯及蒸汽发生器储热释放影响下,PRS维持着0.52~0.26 t/h的自然循环流量,系统压力由1.0 MP... 详细信息

为了获取ACP100非能动余热排出系统(PRS)长期运行特性,在切除全部堆芯功率这一极限工况下,开展长期冷却特性实验研究。研究发现:在反应堆本体、堆芯及蒸汽发生器储热释放影响下,PRS维持着0.52~0.26 t/h的自然循环流量,系统压力由1.0 MPa持续下降至0.51 MPa,温度堆芯出口温度由178.1℃持续下降至105.0℃;这表明堆芯及系统余热能够安全地排出,ACP100 PRS中的自然循环只会持续地衰减,不会发生停滞后再启动现象。

关键词：非能动余热排出系统长期冷却停滞

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非能动余热排出系统的稳态特性研究

原子能科学技术 2010年第9期44卷 1071-1075页

作者：严春王建军阎昌琪哈尔滨工程大学核科学与技术学院黑龙江哈尔滨150001

以AP1000主冷却剂系统为原型,提出了1种二次侧非能动余热排出系统设计方案,并采用RELAP5/MOD3.2程序分析计算了该系统在主系统正常运行和运行瞬变工况下的稳态特性。结果表明,主系统带功率运行时,二次侧非能动余热排出系统可依靠回路工... 详细信息

以AP1000主冷却剂系统为原型,提出了1种二次侧非能动余热排出系统设计方案,并采用RELAP5/MOD3.2程序分析计算了该系统在主系统正常运行和运行瞬变工况下的稳态特性。结果表明,主系统带功率运行时,二次侧非能动余热排出系统可依靠回路工质的密度差和压力平衡使系统自动处于备用状态,不影响主系统的运行。此外,根据计算结果,分析了冷热源位差对系统稳态特性的影响。

关键词： RELAP5程序非能动余热排出系统自然循环稳态分析

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非能动余热排出系统自然循环特性研究

科技创新导报 2022年第4期19卷 17-21,40页

作者：李鹏拯李勇全朱东保刘少有朱智强孔夏明王建军武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430200 哈尔滨工程大学核科学与技术学院黑龙江哈尔滨150001

非能动余热排出系统是海洋核动力平台重要的非能动安全系统之一,为研究其非能动余热排出系统瞬态自然循环特性,搭建了功率比为1:50的实验装置,分析了投运压力、摇摆周期和摇摆幅度对非能动余热排出系统瞬态自然循环特性影响。研究结果表... 详细信息

非能动余热排出系统是海洋核动力平台重要的非能动安全系统之一,为研究其非能动余热排出系统瞬态自然循环特性,搭建了功率比为1:50的实验装置,分析了投运压力、摇摆周期和摇摆幅度对非能动余热排出系统瞬态自然循环特性影响。研究结果表明,非能动余热排出系统运行前期,系统投运压力越大,回水质量流量和蒸汽质量流量就越大;随着系统持续运行,换热水箱水温逐渐升高,竖直方向出现温度分层;摇摆条件下,非能动余热排出系统凝水流量周期性波动,波动周期与摇摆周期一致;在本实验研究中,摇摆条件下,系统可以建立稳定的自然循环。本文可为海洋核动力平台非能动安全系统设计提供参考。

关键词：自然循环非能动余热排出系统热分层摇摆海洋核动力平台

非能动余热排出系统数学模型研究与运行特性分析

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核科学与工程 2008年第3期28卷 233-243,272页

作者：于雷谢海燕蔡章生海军工程大学船舶与动力学院湖北武汉430033

利用某型核动力装置非能动余热排出系统1:10原理性试验的8个稳态工况、6个启动工况的试验数据,验证RELAP5/MOD3.2程序对本类型非能动余热排出系统的适用性。结果表明:垂直管内蒸汽凝结换热系数对两相流自然循环的流动与传热影响大;RELAP... 详细信息

利用某型核动力装置非能动余热排出系统1:10原理性试验的8个稳态工况、6个启动工况的试验数据,验证RELAP5/MOD3.2程序对本类型非能动余热排出系统的适用性。结果表明:垂直管内蒸汽凝结换热系数对两相流自然循环的流动与传热影响大;RELAP5/MOD3.2程序过低估算了垂直管内蒸汽流速对蒸汽凝结换热系数的影响,计算结果与试验结果偏差大。对RELAP5/MOD3.2程序垂直管内的蒸汽凝结换热模型进行修正,修正后的计算结果与试验值基本吻合;采用RELAP5程序对垂直管内两相流自然循环传热进行计算,须选择热前沿跟踪模型。对非能动余热排出系统的稳态与瞬态运行特性进行分析,理论计算与试验结果均表明:稳态工况下,系统可以实现稳定的两相流自然循环,系统排热能力受蒸汽发生器水位的影响大,冷却水入口温度与系统压力的影响相对较小;系统的启动特性良好,可快速地建立环路的自然循环,带走反应堆的衰变热。

关键词：非能动余热排出系统自然循环 RELAP5/MOD3.2程序原理性试验运行特性分析