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非对称条件下双环路自然循环稳定性分析

朱恩平 王婷 刘紫静 赵鹏程 王天石

朱恩平, 王婷, 刘紫静, 赵鹏程, 王天石. 非对称条件下双环路自然循环稳定性分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(2): 59-64. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0059
引用本文: 朱恩平, 王婷, 刘紫静, 赵鹏程, 王天石. 非对称条件下双环路自然循环稳定性分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(2): 59-64. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0059
Zhu Enping, Wang Ting, Liu Zijing, Zhao Pengcheng, Wang Tianshi. Stability Analysis of Double-Loop Natural Circulation under Asymmetric Conditions[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(2): 59-64. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0059
Citation: Zhu Enping, Wang Ting, Liu Zijing, Zhao Pengcheng, Wang Tianshi. Stability Analysis of Double-Loop Natural Circulation under Asymmetric Conditions[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(2): 59-64. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0059

非对称条件下双环路自然循环稳定性分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0059
基金项目: 国家自然科学基金(11905101)
详细信息
    作者简介:

    朱恩平(1999—),男,硕士研究生,核能科学与工程专业,E-mail: zhuenping1999@163.com

    通讯作者:

    刘紫静,E-mail: liuzijing1123@163.com

  • 中图分类号: TL421

Stability Analysis of Double-Loop Natural Circulation under Asymmetric Conditions

  • 摘要: 为研究非对称条件下双环路自然循环稳定性的变化,以单环路自然循环载热系统为起点,采用无量纲分析方法,将单环路自然循环的无量纲控制方程组中关于位移项进行傅里叶展开,从而得到表征单环路自然循环载热系统的雅克比(Jacobi)矩阵,并进行验证。在此基础上,构建了双环路Jacobi矩阵分析模型,基于所构建的模型,分别开展不同负荷差和阻力差下双环路自然循环稳定性分析,以及回路几何特征对稳定性边界的影响。结果表明,对于某一双环路系统而言,存在2个临界雷诺数,当左、右环路引入负荷差大于这2个临界雷诺数时,系统将会变得不稳定。增大高径比、减少管道直径、增加加热段长度和减少冷却段长度可以增加回路稳定性区域范围,且反应堆回路稳定性边界对环路高径比、加热段长度较为敏感;此外,在自然循环回路形成的允许范围内,增加环路压降可以提高系统稳定性。

     

  • 图  1  简化的自然循环单环路模型

    H—回路高度,m;L—回路宽度,m;Hh—加热段高度,m;Hc—冷却段高度,m

    Figure  1.  Simplified Single Loop Model of Natural Circulation

    图  2  ALLF回路的$Re-Gr'$稳定性图

    Figure  2.  $Re - Gr'$Stability Diagram of ALLF Loop

    图  3  非对称负荷差下左右环路$Re - Gr'$稳定性图

    Figure  3.  $Re - Gr' $ Stability Diagram of Left and Right Loops under Asymmetric Load Difference

    图  4  非对称阻力差下左右环路$Re - Gr'$稳定性图

    Figure  4.  $Re - Gr' $ Stability Diagram of Left and Right Loops under Asymmetric Resistance Difference

    表  1  ALLF回路主要参数

    Table  1.   Main Parameters of ALLF Loop

    参数数值参数数值
    H/m5功率/MW0.206
    L/m1.1热段温度/K627
    Hh/m1.52冷段温度/K542
    Hc/m1.52温升/K85
    D/m0.063LBE流速/( m·s-1)0.501
      LBE—液态铅铋合金
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    表  2  不同尺寸自然循环回路几何参数 m

    Table  2.   Geometric Parameters of Natural Circulation Loop with Different Sizes

    回路编号HnHhHcDLLt
    11.250.750.750.201.810
    21.250.400.750.201.810
    31.500.750.750.201.810
    41.250.750.750.201.510
    51.250.750.750.151.810
    61.250.750.600.201.810
      ${H_{\rm{n}}}$—回路循环高度
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    表  3  对称条件下不同几何参数回路稳定性边界裕量

    Table  3.   Stability Margin of Circuits with Different Geometric Parameters under Symmetrical Condition

    回路编号123456
    稳定性裕量/1091.93−5.65123.292.880.78
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-26
  • 录用日期:  2022-02-26
  • 修回日期:  2021-10-24
  • 刊出日期:  2022-04-02

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