微型反应堆高速撞击下核临界安全的初步分析

微型反应堆可作为月球表面动力、航天器动力等用于太空探索,反应堆发射前需要对发射事故的影响进行安全分析。反应堆高空坠落并撞击到混凝土是主要的临界安全分析场景,高速撞击后反应堆可能重返临界。本文以两种简化的反应堆模型高速撞击场景为例,利用连续介质力学有限元程序ABAQUS与粒子输运蒙特卡罗程序耦合,完成了纯燃料堆芯垂直撞击地面和带径向反射层和屏蔽层圆柱堆30°倾角撞击地面的模拟,预测了两种场景反应堆高速撞击下keff随时间变化的物理特性。结果表明:纯燃料反应堆垂直撞击地面的keff增加最高可达1000×10^(-5),而具有反射层和屏蔽层反应堆30°倾角撞击地面的keff增加最高为200×10^(-5)。均匀密度变化条件下,采用表面非结构网格与内部非结构网格的蒙卡程序的计算结果符合较好,内部非结构网格能够更真实地捕捉材料的非均匀密度变化效应。本文的研究为微型反应堆高速撞击下的临界安全研究奠定了重要基础。

PCTRAN Westinghouse AP1000 Power Control of Pressurized Water Reactor Using Simulink of MATLAB

This paper introduces the simulation, and controls using Simulink of MATLAB for PCTRAN (Personal Computer Transient Analysis) of the power control system (PWR) type pressurized water reactor of PWR WESTINGHOUSE AP1000. The power controller model produces mathematical model description in nonlinear relation form in Simulink of MATLAB which is an important and popular program used at most universities for education. The power controller is described by a block diagram in this paper and some details introduce to clearly understand the work function. The results of action control compared with the PCTRAN programme in modes of automatic and manual control.

基于弥散颗粒燃料的先进核反应堆大规模并行模拟与优化

颗粒燃料是将核燃料制成颗粒并弥散在基体中的一种新型燃料构型,广泛应用于高温气冷堆、空间堆、氟盐冷却高温堆等先进堆型中.以高温气冷堆和空间堆为例,基于开源蒙特卡罗程序OpenMC研究了适用于颗粒燃料临界计算的虚拟网格模拟加速方法,并在山河超算平台开展了超10万核心的大规模并行测试.结果表明,高温气冷堆模型的有效增殖因数计算结果与石岛湾核电站实验数据符合较好,验证了程序及模型的准确性.在性能方面,虚拟网格方法与OpenMC此前的真实网格方法相比,在存储空间和计算速度上均有明显提升,高温气冷堆虚拟网格模型的内存和耗时分别为真实网格模型的0.2%和82%;此外,由于虚拟网格方法简化了模型几何,其间接实现了更好的负载均衡,使得程序拥有了更高的并行效率.对于强可扩展性,在10752核规模的测试中,虚拟网格的并行效率为83.4%,而真实网格为63.6%;对于弱可扩展性,虚拟网格模型在131600核并行效率为83.1%,而真实网格为66.1%.

基于DH方法的反应堆压力容器焊缝检测机器人运动学分析

为保证核电站安全稳定运行,在换料大修期间需要对反应堆压力容器进行检查。基于以上实际工作需求,以反应堆压力容器焊缝检查机器人为基础,进行了运动学分析,利用矢量积法对关节空间到操作空间的速度进行了转化,求取了其雅可比矩阵,并对位置和速度误差要求进行了分析,通过仿真以及实际测试,验证了该系统控制算法的有效性。

含气溶胶液相表面单气泡排液特性

为研究核反应堆严重事故下液池中气泡破裂产生的液滴夹带现象,本文利用高速摄影对含气溶胶液相表面单气泡破裂现象进行可视化研究。通过图像处理技术获取气泡寿命、气泡破裂位置和液膜打开速率,计算不同工况下的液膜厚度。探索气泡寿命分布,气泡液膜厚度随时间的变化规律,并分析液相温度及气溶胶浓度的影响。结果表明:气泡寿命服从形状参数为4/3的威布尔分布,平均气泡寿命会随气溶胶浓度的增加而增加;液膜厚度与气泡寿命呈指数为-2/3的幂律衰减,液膜厚度随液相温度及气溶胶浓度的增加而增加;在去离子水的工况下,随着液相温度的升高,气泡在底部破裂的概率增加。加入气溶胶后,气泡在底部破裂的概率也增加。相关结果能够为事故工况下液滴及气溶胶的释放量的预测提供依据。

加氢装置循环氢流量波动原因分析

某炼油厂2.2 Mt/a渣油加氢装置循环氢压缩机出口流量出现了较大幅度的异常波动,且循环氢流量较低,反应器催化剂床层压力降波动大,装置处理量提升困难。对引起波动的原因进行了分析,确定根本原因为混合氢与热高分气螺纹锁紧环换热器内漏,装置正常生产过程中,应确保平稳操作,并密切关注螺纹锁紧环换热器螺栓预紧力的变化情况,为解决同类装置生产过程中遇见的类似问题提供借鉴。

氟化氢预反应器螺旋桨磨损腐蚀影响规律研究

以20#钢为研究对象,采用失重法和动电位极化法,通过螺旋推料的磨损腐蚀实验机,研究了料浆粉酸比(0.9、1.0、1.1)和螺旋轴旋转速度(25 r/min、35 r/min、45 r/min)对氟化氢预反应器内部磨损腐蚀的影响规律。结果表明:沿料浆流向磨损腐蚀速率降低,且桨叶处高于螺旋轴处;随着粉酸比的升高,静态腐蚀速率降低,但磨损腐蚀速率随粉酸比的升高先增大后降低,粉酸比为1.0时磨损腐蚀速率最大;随着螺旋轴转速增加,磨损作用越来越强,同时,还会加快腐蚀产物的脱落,从而使腐蚀作用也越来越强。

特高压线路潜供电流的仿真计算

建立了1 000 kV双端电源输电线路模型,利用EMTP仿真计算加装快速接地开关(HSGS)前后和加装带中性点小电抗的并联电抗器前后潜供电流的幅值,结果显示,加装带中性点小电抗的并联电抗器限制潜供电流的效果更优。分析了接地过渡电阻的取值和线路载流量对潜供电流的影响,结果表明两者对补偿前的潜供电流影响很小,对于加装HSGS后,线路载流量的影响依然很小,而接地过渡电阻的取值对潜供电流影响较大,潜供电流随接地过渡电阻增大而减小。分析显示,对于某特高压示范线路,HSGS的接地电阻选取小于1.5Ω时较合理,中性点小电抗取为150Ω左右时潜供电流和恢复电压出现最小值。对1 000 kV的长线和短线分别仿真,可知线路越长,潜供电流越大。

750kV及特高压输电线路抑制潜供电弧的方法

为使单相自动重合闸在750kV及特高压输电线路瞬时性故障后可靠重合,必须限制潜供电流和恢复电压。基于一个750kV双端电源供电系统模型,对2种熄灭潜供电弧的方法──使用快速接地开关和并联电抗器中性点接小电抗,采用ATP仿真软件进行了潜供电流及恢复电压的计算,分析比较了2种方法的优缺点。依据仿真数据得出,并联电抗器中性点接小电抗的方法降低潜供电流及恢复电压的效果优于前者。同时针对特高压线路采用单相自动重合闸的优势,提出了并联电抗器中性点小电抗的正确取值范围,从而达到抑制谐振过电压、加速潜供电流熄灭,成功实现单相重合闸的目的。

一体化集成变阻抗节能变压器的研究

随着电网规模的发展、电力负荷水平的持续攀升,短路电流不断增大,严重影响电力变压器的安全运行。为此,提出了一种新型的变阻抗节能变压器技术,该技术将高阻抗变压器和限流电抗器这2种常用的限制电力变压器短路电流方法的优点结合起来。首先介绍了变阻抗变压器的工作原理,然后对限流电抗器的设计、快速开关开断技术、变压器短路电流的限流效果、暂态过电压分析和变阻抗变压器的继电保护方案等实现变阻抗节能变压器的关键技术进行了详细阐述。研究结果表明,所提出的变阻抗变压器实现了快速开关型限流装置与变压器的一体化设计以及阻抗的自主调节,降低了短路电流对变压器的冲击及损耗。

管式搅拌反应器功率特性研究

以新型管式搅拌反应器为研究对象,在冷态物理模拟的基础上,研究了管式搅拌反应器内的功率特性,以水作为介质,在流量0~3.6m3/h,搅拌转速100~400r/min范围内考察了搅拌转速对功率的影响,并对功率准数与雷诺数的关系进行了分析.研究结果表明,在实验范围内,T型桨管式搅拌反应器的搅拌功率P与N1.3~1.4近似成正比;搅拌功率准数与雷诺数满足下列关系式Np=109.79Re1.69.

并联电抗器中性点小电抗的选择

分析并列出了四射线补偿方法下并联电抗器在不同的补偿度下小电抗的大小、所应耐受的最大工频电压和暂时功率的计算公式 ,并给出了相应的曲线。指出应该避开电抗器的全补偿运行方式。超高压线路中的可控电抗器应具有高速响应能力 ,文中叙述了它的三角形接线的优点 。

搅拌反应釜中微观混和问题的研究——(Ⅰ)—频闪高速显微摄影法研究微观混和过程

本文介绍了作者首次开发成功的、用于观察亚微观及微观混和过程的微流元团变形历程的新型方法——高速频闪显微摄影法。作者用此方法首次拍摄到了无化学反应与伴有化学反应时的湍流场中亚微观及微观混和过程中微流元团的照片,对微观混和过程有了感性认识。并提出此过程由以下三个过程组成:(i)湍流涡旋的产生、死亡和再生,使得大涡团分裂成小涡团;(ii)小涡团内的无规则复杂的层片状伸长变形及(iii)分子扩散过程。所得到的这些结果为微观混和问题的进一步深入研究提供了重要的感性认识和物理基础。

特高压同塔双回线路潜供电弧抑制措施的比较

为研究中性点小电抗和高速接地开关(HSGS)两种方法抑制特高压同塔双回线路潜供电弧的异同,及其各自的适用条件和范围,阐述了我国特高压同塔双回线路的特点,对中性点小电抗和HSGS限制潜供电流和恢复电压的原理、特性分别进行了理论分析,并利用电磁暂态仿真软件EMTP对线路分别采用小电抗和HSGS后在多种运行工况下的潜供电流和恢复电压进行了模拟计算。根据研究结果并对其进行比较分析,提出小电抗和HSGS两者的适用条件差异较大,应用范围基本上是相互补充的;在限制同塔双回线路同名相或异名相故障潜供电流和恢复电压方面,HSGS的作用效果优于小电抗。

立式循环撞击流反应器不同撞击间距下混合性能分析

为优化和改进立式循环撞击流反应器的结构布局,提高其混合性能,本文采用Fluent软件对立式循环撞击流反应器在导流筒不同间距结构下的流场进行数值模拟,反应器上下两导流筒的间距D设置为60 mm、80 mm、100 mm、120 mm,反应在3组转速下分别进行w=5 r/s、15 r/s、25 r/s。计算结果表明:在相同转速下,导流筒间距D=80 mm时的特征撞击面上的平均速度最大,说明该结构下对应的传质效果更好;在相同转速下,导流筒间距D=60 mm时撞击面径向速度分布的均方根差σ最大,表明该结构下速度分布的梯度最大,流场剪切混合效果更好。

自吸式反应器特性参数的实验研究

自吸式反应器是一种新型高效的生化反应器,结构简单、能耗小、混合传质性能良好、便于操作。设计、制作了自吸式反应器实验装置及整个实验流程。以空气-水为体系,研究了不同条件对自吸式反应器吸气性能的影响,结果表明,结构参数、操作参数对临界转速、吸气速率、气含率和功率消耗有重要影响,并对反应器特性参数进行了量纲一分析,通过STATISTICA软件对实验数据进行了拟合,得到了经验关系式。通过实验结果与拟合结果的分析,二者吻合较好,为此类反应器设计和放大提供了参考。

EM应用于间歇反应器处理城镇污水的高效节能问题

以城镇生活污水为研究对象 ,探讨了在间歇反应器SBR(SequencingBatchReactor)中接种不同比例的EM菌液对污水中COD、各种形态氮及TP降解速率的影响。研究表明 :EM投加比例为 0 .1 10 0 0～ 1 10 0 0时 ,可大大提高上述指标的降解速率 ,缩短SBR工艺的曝气时间和运行周期 ,并使SBR反应器具有较强的抗冲击负荷能力。将EM应用于SBR反应器是高效低耗处理中小城镇生活污水的一种有效技术。

船用反应堆冷却剂泵连续调速研究

采用船用核动力装置模拟程序,对反应堆冷却剂泵转速连续调节研究进行仿真试验研究。在相同的40%满功率工况下,进行冷却剂泵转速阶跃变化与连续变化两种试验。对比了反应堆进出口温度、反应堆功率、反应堆反应性、冷却剂流量、蒸发器蒸汽压力等参数的变化情况,对开展船用反应堆冷却剂泵连续调速设计具有重要的指导意义。

气升式反应器内三相条件下流动行为研究Ⅱ——循环液速的影响

在一个体积为 8L(直径 96mm ,高为 180 0mm)带导流筒的气升式反应器内 ,模拟两相(空气 -水 ,空气 -水 -乙醇 )系统和三相 (空气 -水 -玻璃珠 ,空气 -水 -乙醇 -淀粉 )系统 ,改变给气流量 ,导流筒直径 ,乙醇浓度 ,玻璃珠直径 ,固含率 ,淀粉含量 ,系统温度 ,以及操作方式考察了以上因素对气升式反应器内循环液速的影响。研究表明 :随着上升气体表观速度的增加 ,导流筒直径的增加 ,床内循环液速也增加 ;在固含率一定条件下 ,固含物粒径越大 ,循环液速也越大 ;溶液浓度增加 ,循环液速也增加 ;床层中的固含率增加 ,而循环液速减小 ;系统温度增加 ,循环液速增加 ;环隙给气方式可以与中心导流筒给气方式都可采用 。

流固耦合的多层搅拌反应器振动特性研究

针对某型号搅拌反应器搅拌主轴因振动断裂的问题,基于流固耦合理论,采用CFD和FEM相结合的单向耦合稳态的数值模拟以及经验公式计算方法。在考虑流场作用的条件下分析多种方法得出搅拌器的临界转速结果。分析主轴断裂的原因及影响搅拌器的固有频率的流体因素,并对主轴结构进行改进。得出结论:主轴驱动电机转速大于主轴的最低设计转速是主轴产生振动断裂的主要原因;搅拌介质的流体力和阻尼作用对搅拌器的固有频率均有影响;可以将主轴适当加粗以提高其临界转速,从而远离共振范围并有效解决振动问题;采用流固耦合的方法能够考虑搅拌器转动、流体载荷和搅拌桨叶的影响。其计算结果比经验公式更接近实际情况。