海洋条件下小型堆堆芯补水系统模化分析

唐济林; 刘宇生; 谭思超; 李东阳; 王庶光; 邱立青

doi:10.13832/j.jnpe.2024.01.0027

海洋条件下小型堆堆芯补水系统模化分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0027

唐济林^{1, 2,},
刘宇生³,
谭思超^1, ,,
李东阳¹,
王庶光¹,
邱立青²

1.
哈尔滨工程大学黑龙江省核动力装置性能与设备重点实验室，哈尔滨，150001
2.
中国核动力研究设计院，成都，610213
3.
生态环境部核与辐射安全中心国家环境保护核与辐射安全审评模拟分析与验证重点实验室，北京，100082

详细信息

作者简介:
唐济林（1987—），男，博士研究生，现主要从事研究堆工程应用、热工水力等方面的研究，E-mail: 806428537@qq.com

通讯作者:
谭思超，E-mail：tansichao@hrbeu.edu.cn

中图分类号: TL333
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出版历程
- 收稿日期: 2023-03-05
- 修回日期: 2023-05-11
- 刊出日期: 2024-02-15

Scaling Analysis on Core Makeup System of Small Reactor under Marine Conditions

1.
Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Nuclear Power System & Equipment, Harbin Engineering University, Harbin, 150001, China
2.
Nuclear Power Institute of China, Chengdu, 610213, China
3.
State Environmental Protection Key Laboratory of Nuclear and Radiation Safety Regulatory Simulation and Validation, Nuclear and Radiation Safety Center, MEE, Beijing, 100086, China

摘要

摘要: 为解决海洋条件下非能动堆芯补水系统（PCMS）设计的试验验证问题，本研究以堆芯补水箱（CMT）支路为例，开展了海洋条件下PCMS热工水力现象识别，基于多级双向比例分析（H2TS）方法，对识别的关键热工水力现象进行了模化分析，获得了PCMS模化设计的相似准则。研究结果表明，PCMS内存在多种复杂热工水力现象及其耦合过程，其中CMT支路的热工水力现象最具代表性，其自然循环过程受海洋条件的影响最为显著；海洋条件导致PCMS内流体产生附加惯性力，附加加速度一致是试验模型再现海洋条件影响的必要条件。海洋条件下PCMS模化设计应遵循阻力数、Richardson数、冷凝数和加速度等相似准则，基于上述相似准则设计的试验模型能够以合理的失真水平再现设计原型内的主要热工水力现象及其耦合效应。
- 模化分析 /
- 海洋条件 /
- 小型模块化反应堆 /
- 堆芯补水系统
Abstract: In order to solve the test verification problem of passive core makeup system (PCMS) design under marine conditions, this study takes the branch of core makeup tank (CMT) as an example to identify the thermal hydraulic phenomena of PCMS under marine conditions. Based on the hierarchical two-tiered scaling (H2TS) analysis method, scaling analysis is conducted for the identified key thermal hydraulic phenomena, and the similarity criteria for scaled PCMS design are obtained. The results show that there are various complex thermal hydraulic phenomena and their coupling processes in PCMS, among which the thermal hydraulic phenomena of CMT branch are the most representative, and its natural circulation process is most significantly affected by ocean conditions. The ocean conditions lead to additional inertia force on the fluid in PCMS system, and the consistent additional acceleration is a necessary condition for the experimental model to reproduce the influence of ocean conditions. The scaling design of core makeup system under ocean conditions should follow similarity criteria such as resistance number, Richardson number, condensation number and acceleration. The test model designed based on these similarity criteria can reproduce the key thermal hydraulic phenomena and their coupling effects in the prototype with reasonable distortion level.
- Scaling analysis /
- Marine conditions /
- Small modular reactor /
- Core makeup system

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图 1 非能动水箱示意图

Figure 1. Schematic Diagram of Passive Water tank

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图 2 CMT支路模化分析流程

Figure 2. Scaling Analysis Process for CMT Branch

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图 3 湍流流动时冷凝数比随CMT支路高度比的变化

Figure 3. Variation Curve of Condensation Number Ratio with CMT Branch Height Ratio in Turbulent Flow Mode

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图 4 Bi 比值随CMT支路高度比的变化

Figure 4. Variation Curve of Bi Ratio with CMT Branch Height Ratio

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图 5 试验装置示意图

Figure 5. Schematic Diagram of Test Facility

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表 1 试验装置主要设计参数的比例

Table 1. Ratios of Key Design Parameters for Test Facility

参数		设计值
压力比		1:50
入口/出口温度比		1:2.2
回路高度比		1:3.6
回路直径比		1:6
CMT内径比		1:3.6
CMT壁厚比		1:6
安注流速比		1:1.9
倾斜	倾角比	1:1
起伏	起伏幅值比	1:8~1:1
起伏	起伏周期比	1:1
摇摆	摇摆幅值比	1:1.13~1:1
摇摆	摇摆周期比	1:1

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表 2 模化失真分析

Table 2. Scaling Distortion Analysis

运行模式	准则数		比值-LOCA	比值-MSLB
水循环模式	阻力数		2.86	2.55
	Eu		2.86	2.55
	Richardson数-自然循环		1.88	0.76
	Richardson数-热分层		0.82	1.84
蒸汽替代模式	冷凝数		1.35	—
蒸汽替代模式	Bi		0.11	—
海洋条件	加速度	倾斜	1.0	1.0
		起伏*	0.35~1.0	0.35~1.0
		摇摆*	0.39~1.0	0.39~1.0
—表示不适用；*表示起伏与摇摆过程的加速度均取运动过程的极限值

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