超临界直流锅炉蒸汽发生器的建模与仿真研究(一)

以某６００ＭＷ机组超临界直流锅炉为研究对象，建立了适用于大扰动全工况仿真的非线性集总参数移动边界的蒸汽发生器动态数学模型，解决了亚临界超临界以及水冷壁出口蒸汽为干态湿态的模型切换问题，对各个集总环节的代表参数的选取问题进行了研究，并提出采用最大比热点（准临界点）的工况作为超临界压力下划分汽水区域的标准，采用了合理的二次建模方法，使模型方程组右端函数中不存在导数项，提高了数值积分的稳定性。论文第二部分给出仿真实例，并从理论上分析了仿真结果的合理性。

超临界直流锅炉蒸汽发生器的建模与仿真研究(二)

本文的第一部分建立了蒸汽发生器的数学模型，并对模型切换、代表参数的选取、二次建模以及超临界压力下汽水区域的划分等问题进行详细讨论，第二部分以此为基础给出仿真实例，并从理论上分析了仿真结果的合理性。

直管式直流蒸汽发生器的热工水力特性分析与计算

采用可移动边界差分法对流体的基本守恒方程进行差分，将流体各参数及节点的位置转化为时间的函数，通过设定各传热区间边界点的特征，求出各传热区的长度及边界点。选用了合适的传热关系式，编制了直流蒸汽发生器的稳态及瞬态热工水力特性分析计算程序ＭＯＦＳ，对Ｂ＆Ｗ公司的１９管直管式直流蒸汽发生器实验装置进行稳态计算，与实验数据取得了很好的一致，与ＴＲＡＣＰＦ１等计算程序的计算结果符合也很好。

钠冷快堆直流式蒸汽发生器固定网格与滑移网格模型对比分析

根据钠冷快堆核电厂直流式蒸汽发生器(OTSG)的热工水力特性,基于固定网格模型和滑移网格模型编制了OTSG瞬态分析程序OTAC。对美国能源技术工程中心(ETEC)的OTSG停闭实验进行了模拟,并将计算值与实验值作了对比分析。结果发现,两种模型的计算值与实验值吻合较好,其中固定网格模型只有在网格数目足够多时才能避免计算结果的突跳,而滑移网格模型可在较少网格数目下取得很好的计算效果,提高了数值稳定性,避免了计算结果的不连续。

套管式直流蒸汽发生器静态和动态特性的仿真研究

套管式直流蒸汽发生器是一种采用双面传热的新型蒸汽发生器。通过假设中心管、环形管外侧与环形通道流体间的热流密度相等,应用集中参数和可移动边界的处理方法,建立了套管式直流蒸汽发生器的数学模型。在建立的数学模型基础上对蒸汽发生器进行了稳态和动态仿真计算。稳态仿真结果与Babcock&Wilcox的19管直流蒸汽发生器试验结果进行了比较验证,3段(过冷段、蒸发段、过热段)的长度随功率变化的特性符合理论分析,动态仿真结果与热工水力定性机理分析结果相一致。

螺旋管式直流蒸汽发生器的集总参数动态模型

基于基本的流体质量、能量和动量守恒原理,建立了10 MW高温气冷堆螺旋管式直流蒸汽发生器的动态数学模型。模型采用了集总参数的建模方法,将蒸汽发生器作为单管模型处理,分为热水段、蒸发段和过热段,且各段间具有可移动的边界。对建立的模型进行了静态和动态仿真,仿真结果表明,所建立的模型是正确和有效的,能够用来进行蒸汽发生器的动态特性仿真。

套管式直流蒸汽发生器负荷跟随动态特性分析

新型核动力装置采用紧凑型的套管式直流蒸汽发生器,根据传热特点,对其热工特性进行了分析。采用主冷却剂平均温度不变和二回路侧蒸汽压力不变的双恒定运行方案及经典PID控制器和负荷跟随运行模式,结合SCDAP/RELAP5/MOD3.4程序,研究了套管式直流蒸汽发生器的动态特性,分析了降负荷时套管式直流蒸汽发生器的动态响应过程。结果表明,通过优化PID控制器参数,对给水流量进行精确控制,可满足蒸汽压力恒定的控制策略,实现双恒定运行方案,使一、二回路的运行达到较好的协调;套管式直流蒸汽发生器升降功率速度快,蒸汽压力稳定,且动态响应时间短。

基于RELAP5程序的直管式直流蒸汽发生器敏感性分析

直流蒸汽发生器内二回路侧的工质水经历了复杂的相变过程,流型转变和传热情况比自然循环式蒸汽发生器要复杂。本文以B&W公司的19管直管式直流蒸汽发生器实验装置为研究对象,采用最佳估算程序RELAP5/MOD3.4对其进行建模分析,研究了节点划分个数、计算时间步长、不同算法和分析方法对计算结果的影响,研究了系统程序RELAP5在分析存在有剧烈相变问题时需注意的不确定性因素。结果表明:应适当增加控制体的划分个数、降低计算时间步长;注意两相流模型的选择使用;注意两种算法的使用场合;同时应选择多通道的分析方法。

HTR-PM直流蒸汽发生器的建模与分析

球床模块式高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)采用两座模块式高温气冷堆带一台汽轮发电机组的技术方案,为了开展其运行特性研究,清华大学核能与新能源技术研究院开发了针对HTR-PM的工程模拟机,其中螺旋管式直流蒸汽发生器的模型还需进一步完善。本文深入分析了螺旋管式直流蒸汽发生器的流动、换热规律,明确了蒸汽发生器一次侧和二次侧的流动与换热模型,通过对稳态工况中分布数据的详细分析,说明了模拟结果的正确性。为适应更多模块的高温气冷堆核电站的运行分析要求,通过网格划分方案的讨论与优化,在保证实时性的前提下,提高了蒸汽发生器中流动与换热模拟的准确性,为下一步采用工程模拟机开展其运行特性研究打下基础。

T-S型模糊神经方法在直流蒸汽发生器给水控制中的应用研究

针对直流蒸汽发生器(OTSG)二次侧水容积小、蓄热能力低,且在功率变化过程中,其给水流量和反应堆的功率应迅速匹配以保证OTSG二次侧蒸汽品质的问题,将T-S型神经模糊控制原理引入到OTSG的给水控制系统中,设计一种基于数值仿真输入输出数据的T-S型神经模糊控制器,并对其控制结果进行仿真验证。结果表明,该控制方式可以取得更好的控制效果,且满足各工况下的控制需求。

直流蒸汽发生器给水控制半实物仿真系统

采用直流蒸汽发生器的核动力装置是一个多变量耦合的复杂被控对象,为了对其给水控制系统进行研究,设计了一个直流蒸汽发生器给水控制半实物闭环仿真系统。该系统由实时仿真系统、给水控制系统物理设备和仿真过程管理系统组成。给水控制系统物理设备采集实时仿真系统提供的参数信号,并输出控制信号至电动执行机构。半实物闭环控制仿真试验表明,该仿真系统具有较好负荷跟踪能力,可为实际直流蒸汽发生器控制系统的设计及运行提供技术指导。

套管式直流蒸汽发生器动态特性仿真研究

套管式直流蒸汽发生器是一种采用双面传热的新型蒸汽发生器。在中心管和环管外侧与环形通道流体间热流密度相等的假设基础上,合理选择集中参数并应用可动边界的处理方法对套管式直流蒸汽发生器传热管进行了动态仿真。仿真结果与热工水力定性机理分析结果及相关的试验结果相符,从而验证了仿真方法是有效的。

直流蒸汽发生器的流动不稳定性分析

以蒸汽发生器为研究对象,采用频域控制理论分析并联多通道流动不稳定性的发生机理。建立直流蒸汽发生器的传热和流动数学模型,利用线性微扰原理和Laplace变换推导出闭环系统的特征方程,结合Nyquist稳定性定理判断系统的稳定性。在此基础上,编制了计算机程序对蒸汽发生器的稳定性进行分析。结果表明:系统的稳定性和通道数目有一定关系;随着入口阻力因数的增大,系统的稳定性提高;随着运行负荷的降低,系统的稳定性逐渐降低。

直流式蒸汽发生器压力控制仿真

基于对直流式蒸汽发生器的热工和水力特性的分析和质量、能量、体积三大守恒定律,建立了直流式蒸汽发生器压力控制数学模型,并采用PID控制器构建了直流式蒸汽发生器压力串级控制系统,对所建模型进行了仿真验证。结果表明:二回路给水流量和出口蒸汽流量对直流式蒸汽发生器压力的影响较一回路传热量更大;无扰动和扰动工况下,控制系统均能够在400s内使直流式蒸汽发生器压力稳定至设定值,且最大压力超调量均小于5%;直流式蒸汽发生器压力动态数学模型能够较好地表征一回路冷却剂温度、二回路给水流量及出口蒸汽流量与蒸汽发生器压力的关系;直流式蒸汽发生器压力串级控制系统响应速度快,超调量小,具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。

可连续移动相边界的直流式蒸汽发生器模型

以全微分公式为数学基础 ,提出了可连续移动相边界的直流式蒸汽发生器(OTSG)模型。为了改善数值求解稳定性 ,在用状态变量的空间差分来逼近空间导数时 ,根据不同情况采用前向差分或后向差分。根据该模型编制的程序对OTSG的动态进行仿真 。

超临界直流炉蒸汽发生器的建模与仿真分析

研究以某600MW机组超临界直流炉的蒸汽发生器为对象,从过程基本方程出发,建立单相及两相受热管动态特性的动力学方程。采用随体导数法建立了关于在亚临界及超临界工况的非线性分布参数动态数学模型。针对蒸汽发生器在两种典型工况下的动态特性进行了仿真研究,所得结果,对进一步研究超临界直流锅炉的安全运行中全工况动态仿真提供有意义的设计参考。

HTR-10螺旋管式直流蒸汽发生器的动态数学模型

为满足 10MW高温气冷堆 (HTR 10 )控制系统分析设计的需要 ,分析了HTR 10螺旋管式直流蒸汽发生器内两相流动和传热的实际过程 ,根据建模的要求和可能获得的结构数据 ,选择四方程漂移模型来描述螺旋管内两相流现象 ;经过仿真试算与实验总结 ,确定了模型中关键的结构关系式和传热工况的判断逻辑 ,以此为基础 ,建立了可反映直流蒸汽发生器在正常功率运行范围内动态特性的动态数学模型。通过对典型工况的动静态仿真计算和研究分析 ,表明所得的结果与理论定性分析和实验吻合 ,从而证明了该模型的正确性。

螺旋管式直流蒸汽发生器的准稳态数学模型

为了满足模拟机实时仿真核电站一、二回路工况的需要,根据流体的质量、动量和能量守恒原理,建立了适合模拟机要求的螺旋管式直流蒸汽发生器的准稳态数学模型。该模型将蒸汽发生器作为单管模型处理,并根据水的状态将蒸汽发生器分为单相水段、两相段和过热段三大段,每大段又细分若干小段。该数学模型方程采用变步长四阶龙格库塔法联立求解一、二次侧主要热工参数。对典型工况的稳态仿真计算和研究分析表明,该模型是正确的。

基于模糊神经网络的直流蒸汽发生器压力协调控制

针对直流蒸汽发生器水容积小,蓄热能力小,数学模型具有不确定性和非线性,在负荷变化或受到扰动的动态过程中出口蒸汽的压力难于控制的特点,引入了协调控制思想,将蒸汽发生器出口蒸汽流量与给水流量引入到控制系统,将模糊神经网络应用到直流蒸汽发生器出口压力的控制中,在线调整神经网络的权值,在此基础上设计了基于模糊神经网络的直流蒸汽发生器压力协调控制器。仿真结果表明,该控制较PID控制具有更小的超调量和调整时间,对实际控制系统设计具有一定的参考价值。

直流蒸汽发生器全范围流动与传热数值模拟

以B&W公司实际运行的直流蒸汽发生器为原型,采用两流体三流场数学模型数值模拟直流蒸汽发生器二次侧单相液对流换热区、核态沸腾区、蒸干后区域、过热区(即全范围)的流动沸腾换热现象。结果表明:本文采用的模型可较好地预测直流蒸汽发生器全范围的流动与传热特性,数值模拟结果与运行数据符合较好;蒸干后质量含汽率低于热平衡质量含汽率,结合壁温变化趋势表明直流蒸汽发生器运行过程中蒸干后区域存在一定程度的热力非平衡;随着流动换热的发展,表面传热系数迅速上升,蒸干的发生导致传热性能急剧下降,在蒸干后区域及过热蒸汽区表面传热系数缓慢上升。