机器学习算法在燃料棒温度性能预测中的应用

为对燃料棒温度性能进行有效预测,分别基于k近邻、决策树和AdaBoost机器学习算法建立预测模型.利用燃料棒性能分析软件JASMINE的输入参数和计算结果以及数据的特征工程构建模型的训练和测试数据集.采用包含芯块与包壳类型、轴向高度、局部功率、包壳腐蚀厚度和堆芯入口温度6个特征参数的训练数据集对模型进行训练.采用测试数据集对包壳外表面温度和芯块中心温度进行预测.结果表明,基于AdaBoost算法建立的模型对包壳外表面温度和芯块中心温度的预测结果的均方误差分别为0.605℃和8.347℃,平均绝对误差分别为0.273℃和3.814℃.对比预测值与目标值,AdaBoost算法对包壳外表面温度预测的最大偏差为3℃,芯块中心温度的预测偏差大部分小于10℃.基于AdaBoost算法建立的模型对燃料棒温度性能具有较高的预测精度.

温度对增压二甲醚发动机性能的影响

以一台增压二甲醚发动机为研究对象,研究进气温度和燃料温度对二甲醚发动机性能的影响。试验结果表明,进气温度升高,燃烧滞燃期缩短,放热率曲线往前移,预混合燃烧的峰值降低,预混合燃烧在整个燃烧过程中所占比例减小;进气温度升高会导致发动机油耗率上升,排温升高,NOx排放增加。二甲醚燃料温度的影响比进气温度升高,燃料温度增加会导致发动机功率下降。额定工况点下,当燃料温度由28℃升高到40℃时,发动机的功率由192.1 k W下降到168 k W,下降12.0%。二甲醚温度每升高1℃,二甲醚发动机功率平均下降1.0%。

燃气轮机燃料预热器的设计及经济性分析

利用燃气轮机性能仿真模型,分析燃气轮机效率、预热器成本和污染物排放量对燃气轮机经济性的影响。针对某型号单轴燃气轮机,设计一个燃料预热器。考虑压损,仿真出效率随燃料温度的变化,拟合出效率、预热器成本和污染物排放量与预热器等效换热面积的关系,并将其转化为燃气轮机运行总收支,分析燃气轮机的经济性。结果表明,当等效换热面积为1 m2,燃料温度为180℃时,案例中燃气轮机节省的收益最多,为15万元。在保证燃气轮机安全、可靠性的前提下,优化运行收支,可实现燃气轮机经济效益的最大化。

压力管嵌入式燃料部件入口堵流事故多尺度热工模拟

压力管嵌入式燃料部件内冷却剂管道间不存在横向交混,若燃料辐照肿胀或碎片进入冷却管道内,容易引发堵流事故,造成局部冷却条件恶化,使燃料烧毁。考虑到次临界能源包层流动路径长、方向弯曲等特点,针对入口堵流事故提出一种多尺度热工模拟方法,通过RELAP5程序给计算流体力学(CFD)软件提供边界条件,对核功率密度最高的燃料部件入口处第一排单根流道部分堵塞和全部堵塞工况进行数值模拟,分析事故条件下燃料热工安全特性。结果表明:第一排单根流道部分堵塞时燃料温度仍满足安全限值,而全部堵塞时峰值温度将超过燃料相变温度限值。

LNG发动机性能与燃气喷射温度关系的仿真研究

在GT—POWER中建立某四缸点燃式LNG发动机模型并进行了仿真,研究不同燃料喷射温度对发动机指示功率、指示扭矩以及充气效率的影响。仿真结果表明,随着燃料喷射温度的增大,发动机的指示扭矩、指示功率和充气效率减小,经实验验证,LNG发动机合适的燃料喷射温度应为0~40℃。

重水堆燃料通道内浮升力引发的间歇式流动现象数值分析

对重水堆水平燃料通道内浮升力引发的间歇式流动(IBIF)现象进行模拟,对现象过程、燃料组件温度进行研究。由计算结果可以看出,燃料包壳温度随气泡的产生、生长以及排出的周期性变化,出现上升、下降的周期性变化;气泡在单元两侧开口处交替排出;气泡的排出带走燃料组件衰变热,使燃料包壳温度处于相对较低的水平。

生物质颗粒燃料锅炉

由于生物质锅炉燃料特性与化石燃料不同,生物质燃料在熄灭过程中的熄灭机理、反响速度和熄灭产物的成分与化石燃料相比存在较大差异,表现出不同于化石燃料的熄灭特性。生物质燃料的熄灭过程主要分为挥发分的析出和熄灭、焦炭的熄灭和燃尽2个独立阶段,前者约占熄灭时间的10%,后者则占90%,详细熄灭过程如下:燃料送入熄灭室后,在高温热量作用下被加热,析出水分。随后,由于燃料温度的继续增高,约250 ℃,热合成开端,析出挥发分,并构成焦炭。气态的挥发分和四周高温空气掺混首先被引燃而熄灭。

生物质柴油初始温度对其燃烧特性的影响

针对生物质柴油初始温度对其燃烧特性的影响开展了实验研究。采用直径为100、150、200、250mm的油池作为燃料承载容器,油温为308~398K。实验记录了燃料质量损失速率、油池内燃料温度、火焰中心线温度以及整个燃烧过程,得到了一系列结论。根据质量损失速率可将生物柴油的燃烧过程分为三个阶段:燃烧发展阶段;准稳态阶段;燃烧熄灭阶段。根据油池内燃料温度变化,可以得到生物柴油的沸点。燃料初始温度对火焰中心线温度无明显影响,火焰温度主要受油池直径的影响。

基于机器学习的燃料棒温度分布代理模型构建方法研究

为提高大规模燃料棒性能模拟的计算效率,以燃料棒温度预测为例,研究了燃料棒温度分布预测代理模型(简称“代理模型”)的构建方法。以燃料棒性能分析程序COPERNIC的计算结果作为数据源,采用k-means聚类算法筛选代表性的训练数据,训练了4个全连接前馈神经网络,分别能够考虑冷却剂流动传热及氧化膜生长影响的包壳外表面温度预测、包壳径向温度分布预测、燃料芯块和包壳间隙变化影响的燃料芯块外表面温度预测、燃料芯块径向温度分布预测。通过这些神经网络的组合,可以根据输入的燃料棒功率史快速预测出燃料棒不同时刻的温度分布。数值试验表明:构建的代理模型相比COPERNIC程序计算速度提升约204倍,同时具有较高精度。在整个数据集上,包壳温度和燃料芯块温度预测的平均偏差分别为0.07℃、0.44℃。

自主化堆芯三维核设计软件COCO研发

中国广东核电集团正在开发的三维堆芯核设计软件COCO将具备堆内功率分布计算、精细功率分布计算、临界硼浓度搜索、控制棒临界搜索、核子密度计算等基本功能。COCO采用格林函数节块方法作为求解器计算堆芯的功率分布,采用单通道模型和棒传热模型来计算慢化剂的密度和燃料温度。COCO已实现从寿期初到寿期末的燃耗计算能力。通过与参考程序的数值比较发现,COCO采用的理论模型和耦合流程正确,计算精度可满足工程设计的需要。

球床模块式高温气冷堆失冷事故特性研究

利用高温气冷堆专用系统分析软件THERMIX程序,对球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)失冷失压和失冷不失压事故的动态特性进行了研究,分析了堆芯功率、燃料最高温度及堆舱水冷壁余热载出功率等关键参数的变化过程,并对影响余热排出功率和燃料最高温度的不确定性进行了评价。研究结果表明,在失冷事故下,堆芯余热可通过热传导、辐射和自然对流等非能动方式传至最终热阱大气,燃料元件和压力容器等重要部件的最高温度均在设计限值内。这为HTR-PM保持模块式高温气冷堆固有安全性不变的同时实现单堆250 MW的功率方案奠定了基础,也为后续高温气冷堆电站示范工程进一步的深入设计研究提供了依据。

燃料棒共振有效温度机理性模拟程序FRET研发

利用蒙特卡罗程序模拟燃料棒中功率分布、利用燃料棒性能分析程序模拟燃料棒中的热力学行为,建立能够计算燃料棒共振有效温度的计算模型,并开发了燃料棒共振有效温度机理性模拟程序(FRET)。通过与SCIENCE程序包中SMART程序相关计算模块的计算结果对比,表明FRET程序能够准确地模拟计算压水堆不含可燃毒物燃料棒的共振有效温度。与工程使用的燃料棒共振有效温度计算程序相比,本文开发的机理性程序FRET不需要用户输入燃料有效温度的加权经验参数,能够计算不同类型燃料棒,具有更为广泛的应用性。

次临界能源堆安全性研究

次临界能源堆由中心的托卡马克装置和围绕其的裂变包层组成。本文根据物理和热工专业分析计算得出的一种针对其裂变包层的燃料和冷却剂通道布置方式,分析设计的包层结构安全性和工程应用中的安全性。包层结构安全性分析使用CFD方法,计算了正常运行工况和冷却剂通道堵管的情况,得到堵管发生后包层的局部状况。通过RELAP程序模拟了裂变包层参与核电厂发电运行过程中,其本身所具有的固有安全性。本文通过计算发现了其安全上的薄弱环节,并提出了改进措施,为以后改进次临界能源堆安全性提供参考。

237Np替换可燃毒物对压水堆BEAVRS模型安全性的影响

次锕系元素是压水堆乏燃料放射性的重要来源之一,237Np在乏燃料次锕系元素中质量占比为50%左右。BEAVRS模型是麻省理工学院计算反应堆物理小组2013年基于商用压水堆建立的全堆芯高精度模型,具有丰富的堆芯细节和实测数据。本文基于BEAVRS模型引入了三种方案,用237NpO2部分替换原堆芯可燃毒物B2O3,使用MCNP5模拟计算得出:同等体积下使用237NpO2替换可燃毒物B2O3均会使堆芯有效增殖因数减小,随着替换质量的增加,减小的趋势趋缓。三种方案对堆芯燃料温度系数几乎没有影响,但会使慢化剂温度系数绝对值增大,有利于堆芯安全性。

锅炉引燃拱的工作机理及影响因素

论文根据传热学的基本原理 ,论述了引燃拱的功能及工作机理 ;从角系数、辐射力和辐射热流量的角度说明了辐射型拱的形状对引燃拱工作的影响和影响引燃拱传热的因素 ,对传统的炉拱按反射原理进行了修正 ,提出了以再辐射为主 ,漫反射为辅的换热原理。

中国实验快堆热工参数的自适应BP神经网络预测方法研究

中国实验快堆(CEFR)堆芯的热工参数是否超出限值是评价反应堆安全运行的标准。本文针对燃料包壳最高温度预测问题,通过堆芯子通道分析程序COBRA生成数据样本后,开发基于BP神经网络自适应算法的智能预测程序,对于特定的单盒组件,仅需给出堆芯进口功率和流量,即可实现燃料包壳最高温度的快速准确预测。结果表明,与COBRA相比,在大规模重复性计算的场景下,自开发程序能节约大量计算时间和算力,提高燃料包壳设计和CEFR运行时的操作效率。实验分析得出BP神经网络方法的最大相对误差不超过6%,平均预测相对误差不超过3%,计算效率提升至原程序的300倍,网络模型的预测精度高,且易推广至实验快堆其他参数预测,具有很大的应用前景。

HTR-PM进气事故氧化分析

对球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)而言,进气事故是高温气冷堆事故分析中重点关注的类型之一。在HTR-PM进气事故中,热气导管双端断裂(DEGB)事故尽管发生概率极低,由于其严重的事故后果仍引起了研究者的大量关注。针对HTR-PM热气导管双端断裂事故,本文利用高温气冷堆专用系统分析程序TINTE-TIIXUW,详细分析了稳定自然循环建立后堆芯及底反射层的氧化情况。结果表明,在保守假设条件下,事故后144 h,燃料最高温度不会超过设计限值,燃料包覆颗粒不会发生裸露,底反射层也不会因氧化发生失效。

燃烧器常见故障分析与探讨

本文通过运行故障分析,及时排除燃烧器运行故障,提高功效。

压水堆环境下惰性基质燃料物理参数研究

为研究惰性基质燃料(IMF)在压水堆(PWR)中应用的可行性,计算比较了PuO2+ZrO2+MgO和PuO2+ThO2 2种典型IMF的栅格无限增殖系数kinf、燃料温度系数Dc和慢化剂温度系数MTC随燃料中PuO2体积分数的变化规律,得到满足Dc、MTC为负的要求下IMF成分的初步可行区间。

基于SIMULATE3程序对压水堆钍-钚燃料反馈性能及钚焚烧效率研究

采用类似于大亚湾900MW压水堆的堆芯模型,使用燃料组件计算程序CASMO4E和反应堆稳态分析程序SIMULATE3分别对铀燃料组件、铀钚燃料组件或钍钚燃料组件组成的堆芯的中子学特性进行了研究,分析了组件的燃耗深度、堆芯的平均燃耗、燃料温度系数与燃耗的关系.结果表明,钍钚燃料组件和铀燃料组件组成的堆芯中子特性相似,同时钍钚燃料用于焚烧武器级钚时,具有更高的焚烧效率.