Two Phase Flow Stability in the HTR-10 Steam Generator

A 10MW High Temperature Gas Cooled Reactor (HTR-10) designed by the Institute of Nuclear Energy Technology (INET) is now being constructed. The steam generator (SG) in the HTR-10 is one of the most important components for reactor safety. The thermal-hydraulic performance of the SG was investigated. A full scale HTR-10 Steam Generator Two Tube Engineering Model Test Facility (SGTM-10) was installed and tested at INET. This paper describes the SGTM-10 thermal hydraulic experimental system in detail. The SGTM-10 simulates the actual thermal and structural parameters of the HTR-10. The SGTM-10 includes three separated loops: the primary helium loop, the secondary water loop, and the tertiary cooling water loop. Two parallel tubes are arranged in the test assembly. The main experimental equipment is shown in the paper. Expermental results are given illustrating the effects of the outlet pressures, the heating power, and the inlet subcooling.

直流蒸汽发生器分区域比例积分微分给水控制系统研究

直流蒸汽发生器(OTSG)对给水控制的要求较高。在常规比例-积分-微分(PID)控制系统的基础上,引入分区域控制方法,并结合三冲量控制方法,设计三冲量分区域PID给水控制系统。仿真结果表明,在负荷扰动时,OTSG在该控制系统作用下超调量更小,稳定时间更短,控制性能得到了提高,具有一定的工程应用价值。

一体化压水堆双恒定运行方案控制策略研究

采用直流蒸汽发生器的一体化反应堆,由于其蒸汽发生器二次侧水容积小,储热能力弱,给反应堆的运行调节提出了更高的要求。双恒定运行方案集合了一回路冷却剂平均温度不变和二回路蒸汽压力不变两种运行方案的优点,对一、二回路都有利。本文以IP200一体化反应堆为研究对象,建立一体化反应堆的稳态分析模型,利用RELAP5瞬态分析程序,对其一回路侧和蒸汽发生器二回路侧进行热工水力分析,在此基础上研究了一体化反应堆双恒定稳态运行特性。结果表明,装置负荷在15%～100%FP(满功率)范围内变化时,控制策略能够维持冷却剂平均温度和蒸汽压力的恒定。

基于动态模式分解的直流蒸汽发生器降阶建模

直流蒸汽发生器(OTSG)的运行特性对反应堆的安全有重要影响。大尺度、精细化的仿真模型为OTSG热工水力特性和安全分析提供高保真的模拟结果,但也对计算资源提出了挑战。带控制的动态模式分解(DMDc)是一种数据驱动的模型降阶(MOR)方法,其在动态模式分解(DMD)的基础上能够为含控制输入的系统建立低维的、准确的输入输出模型以替代高保真模型进行快速计算。考虑到实际运行中如蒸汽压力等OTSG热工参数受反应堆控制系统影响,利用RELAP5程序建立的全阶模型获取了OTSG在快速降负荷和快速升负荷工况下的主要热工参数的高保真模拟结果,基于DMDc建立了OTSG的降阶模型(ROM)。结果表明DMDc能够提取OTSG在变负荷工况下的动态特性,ROM的计算结果与全阶模型之间的最大相对误差小于2%。此外,对比了DMDc与DMD方法对OTSG降阶建模的效果,证明了DMDc方法的优越性。

大型钠冷快堆负荷跟踪运行能力分析

为了研究国内某大型钠冷快堆的负荷跟踪运行能力,基于MATLAB/Simulink平台,建立了该钠冷快堆全系统仿真模型,在负荷阶跃且无控制系统介入的极端情况下,分层次考验快堆一、二、三回路系统的负荷跟踪能力。仿真结果表明,该快堆系统的一、二回路能够承受±10%的负荷阶跃,而三回路的负荷跟踪能力不能满足这一指标。在目前工艺设计和关键参数限值条件下,该大型钠冷快堆的负荷跟踪运行能力较差,无法承受±10%的负荷阶跃,在90%额定功率(Pn)功率水平运行时,最多能承受2.9%的负荷阶跃上升,且其采用的直管式直流蒸汽发生器(OTSG)是主要限制因素。

旋向对螺旋管束内铅铋流动传热特性影响的数值模拟研究

螺旋管式直流蒸汽发生器(H-OTSG)被广泛应用于液态金属反应堆的设计中,其中相邻的径向螺旋管束可以布置为同一旋向或相反旋向,不同的旋向策略会影响到蒸汽发生器壳侧的流动行为。为探究不同旋向对螺旋管束中铅铋流动与传热特性的影响,采用剪切应力输运(SST k-ω)模型、湍流模型和Kays湍流普朗特数(Prt)模型对其进行数值模拟研究。首先通过现有液态金属横掠棒束实验对数值方法进行了验证;其次建立了同一旋向和交替旋向2种螺旋管束模型,比较了其传热和阻力的差异;最后从流场的角度对产生差异的原因进行了分析。结果表明,交替旋向的螺旋管束中的阻力和传热分别比同一旋向管束高7.1%和4.4%,这是因为交替旋向管束中的速度场更均匀且湍流交混更强。

直流蒸汽发生器建模与仿真研究

以B&W公司直流蒸汽发生器(OTSG)为对象,基于仿真支撑软件APROS平台中的基本模块,建立了图形化的直流蒸汽发生器模型;利用不同的APROS两相流计算模型进行仿真,对比分析后选取六方程计算模型;将2种模拟工况下的仿真结果与压降和传热系数经验关系式的计算结果进行对比,根据对比结果修正模型的压降和传热系数;将设定工况下的稳态及动态仿真结果与国内外实验数据对比,验证了本文模型的准确性。

螺旋管式直流蒸汽发生器壳侧流场数值模拟方法研究

铅冷快堆(LFR)采用一体化堆芯设计方案,其中的直流蒸汽发生器(OTSG)多采用螺旋管式结构以使整体结构小型紧凑。为研究LFR中螺旋管式OTSG壳侧铅铋冷却剂的流动传热特性,利用FLUENT软件,采用一种分区段计算方法,通过管壁热流密度拟合公式对螺旋管式OTSG壳侧进行了三维数值模拟。最终验证了该分段计算方法的正确性,分析了OTSG壳侧铅铋冷却剂的流动传热特性,获得了其速度、温度以及压力场的计算数据,为下一步OTSG流致振动分析和高温应力计算提供了依据。

直流蒸汽发生器的自抗扰控制研究

直流蒸汽发生器(OTSG)水容量小,蓄热能力小,其数学模型具有不确定性和非线性的特征,在存在扰动及负荷变化时,蒸汽压力会出现较大波动,对系统设备产生不利影响。常规比例-积分-微分(PID)控制存在超调、抗扰动性能差等问题,难以满足系统性能需求。针对上述问题,本文使用自抗扰控制器(ADRC)对OTSG的蒸汽压力进行控制。但由于ADRC待整定参数较多,调节比较困难,本文对混合蛙跳算法(SFLA)进行改进优化,用于ADRC参数的整定寻优,并建立仿真模型进行仿真试验研究。结果表明:采用改进SFLA进行参数自整定的ADRC能够实现对OTSG快速无超调的跟踪控制,减小了蒸汽压力的控制误差,并具有良好的抗扰动能力。