摘要：一体化小型压水堆(小堆)由于其安全性高,建设周期短,部署灵活等优越性,受到国际核能界的高度重视,加快小堆...一体化小型压水堆(小堆)由于其安全性高,建设周期短,部署灵活等优越性,受到国际核能界的高度重视,加快小堆建设是我国核工业进一步发展的迫切需要。作为一种新型的先进核能系统,小堆的相关关键技术仍处于探索和攻关阶段,而我国目前的小堆发展也正在紧张推进。小堆一回路系统的热工水力特性分析是设计小堆和评估其安全特性的重要内容。本文针对小堆一回路系统的主要设备建立和开发了相应的热工水力分析模型和程序,并对IRIS(International Reactor Innovative and Secure)小堆一回路系统的热工水力特性进行了不同层次的研究。首先对于小堆堆芯的热工特性,基于传统子通道模型,考虑小堆堆芯横向流动导致的子通道模型的不稳定性和控制方程间的相关性,耦合质量方程和动量方程重构得到稳定性更好的横向动量方程并发展低功率小流量下稳定性较高的堆芯子通道模型。基于所构建的子通道模型,开发小堆堆芯子通道分析程序SRSC,并开展相关验证计算,计算结果表明,SRSC程序的理论模型正确,分析结果精度和稳定性高。随后将SRSC程序应用于IRIS小堆满功率稳态和典型失流工况下堆芯的安全分析。稳态分析表明:堆芯各通道压降相同,热通道的温度,焓和含汽率最高但处于过冷状态;通过横流平衡压降后热通道出口冷却剂质量流量最小,但出口流速最高;堆芯内的格架平衡了堆芯的流场和温度场,提高了堆芯的安全性。失流事故分析表明,IRIS一回路系统的设计流量能将堆芯衰变热有效排出,堆芯最小偏离泡核沸腾比始终高于1.5的安全限值,堆芯燃料棒最高中心温度和包壳表面温度始终低于材料熔融温度,满足安全准则要求。对于小堆螺旋管直流蒸汽发生器(OTSG)的热工特性,根据OTSG实际结构和运行特征,基于一维两流体模型结合分布参数法发展一二次侧耦合的OTSG热工分析模型,并开发了OTSG热工水力分析程序THOSG。将THOSG程序应用于IRIS小堆蒸汽发生器满功率稳态和二次侧给水温度、流量变化的瞬态工况分析,并与RELAP5程序模拟结果进行对比。稳态和瞬态结果均表明THOSG程序可以准确分析小堆OTSG的热工水力特性。稳态结果表明:一次侧流体为过冷水,沿管长方向流体温度逐渐升高,换热系数基本保持不变;二次侧流体由进口过冷水逐渐转变为出口过热蒸汽,沿管长方向温度先迅速升高,随后维持饱和温度运行,最后温度继续升高。对应的二次侧换热先保持单相液相换热不变,随后进入两相换热,换热强度逐渐增大,最后液态冷却剂蒸干,换热急剧降低并保持单相蒸汽换热不变。瞬态结果表明:给水流量降低后,一、二次侧出口温度升高,且给水流量降低越多出口温度升高幅度越大,而二次侧出口蒸汽流量则成比例降低;给水温度降低后,一、二次侧出口温度降低,且给水温度降低越多出口温度降低幅度越大,而二次侧出口蒸汽流量则保持不变。最后针对小堆一回路系统的整体热工特性,结合一回路系统中各设备主要的热工分析模型和程序,采用多模块关联,进出口热工参数相互耦合的方法,开发一回路系统整体热工分析程序,开展小堆一回路热工水力现象的耦合分析。耦合分析的结果表明,回路的整体分析考虑了各设备间的相互作用,相较于单一设备的热工分析较为准确,且给出了各个设备的瞬态热工水力特征。本研究揭示了小堆一回路系统的热工水力特性,为小堆的热工设计和安全分析工作提供了数值模拟工具,对小堆的设计与发展具有重要指导意义。更多还原显示全部
