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LOCA下氦氙气冷反应堆系统安全特性分析

廖浩仰 明杨 赵富龙 卢瑞博 魏瑞轩 高璞珍 谭思超 田瑞峰

廖浩仰, 明杨, 赵富龙, 卢瑞博, 魏瑞轩, 高璞珍, 谭思超, 田瑞峰. LOCA下氦氙气冷反应堆系统安全特性分析[J]. 核动力工程, 2024, 45(6): 197-205. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0197
引用本文: 廖浩仰, 明杨, 赵富龙, 卢瑞博, 魏瑞轩, 高璞珍, 谭思超, 田瑞峰. LOCA下氦氙气冷反应堆系统安全特性分析[J]. 核动力工程, 2024, 45(6): 197-205. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0197
Liao Haoyang, Ming Yang, Zhao Fulong, Lu Ruibo, Wei Ruixuan, Gao Puzhen, Tan Sichao, Tian Ruifeng. Safety Characteristics Analysis of Helium-Xenon Cooled Reactor System under LOCA[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(6): 197-205. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0197
Citation: Liao Haoyang, Ming Yang, Zhao Fulong, Lu Ruibo, Wei Ruixuan, Gao Puzhen, Tan Sichao, Tian Ruifeng. Safety Characteristics Analysis of Helium-Xenon Cooled Reactor System under LOCA[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(6): 197-205. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0197

LOCA下氦氙气冷反应堆系统安全特性分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0197
基金项目: 热能动力全国重点实验室基金(JYJC24120-50W001);中央高校基本科研业务经费(3072024JJ1501)
详细信息
    作者简介:

    廖浩仰(2000—),男,博士研究生,现主要从事核反应堆系统热工水力研究,E-mail: 1192145872@qq.com

    通讯作者:

    赵富龙,E-mail: zhaofulong@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: TL3;O351.2;TK121

Safety Characteristics Analysis of Helium-Xenon Cooled Reactor System under LOCA

  • 摘要: 为规避反应堆系统破口冷却剂丧失事故(LOCA)带来的高风险和高危害性,本文通过已开发的氦氙气冷反应堆系统LOCA分析程序,模拟了多种LOCA瞬态工况,分析了系统瞬态特性、容积充入影响特性、负载跟随失效影响特性、破口位置影响特性和破口尺寸影响特性。结果表明:在发生LOCA后,系统压力与流量将迅速下降;容积充入对LOCA具有缓解作用,使得流量下降速率和反应堆出口温度上升速率分别降低77.15%和90.27%;负载不变和高压处破口均对LOCA具有负面影响,使得流量下降速率分别提高13.85%和79.83%,反应堆出口温度上升速率分别提高15.84%和96.06%;系统压力和流量下降速率随着破口尺寸增加而增加,尤其破口尺寸从15 mm到30 mm,流量下降速率与反应堆出口温度上升速率的增加幅度显著,分别为258.84%和595.91%。

     

  • 图  1  氦氙气冷反应堆直接布雷顿系统原理图

    Figure  1.  Schematic Diagram of Direct Brayton System for Helium-Xenon Gas Cooled Reactor

    图  2  系统运行参数瞬态曲线

    Figure  2.  Transient Curves of System Operating Parameters

    图  3  系统运行参数瞬态对比曲线-容积充入影响特性

    Figure  3.  Transient Comparison Curves of System Operating Parameters-Volume Filling Influence Characteristics

    图  4  系统运行参数瞬态对比曲线-负载影响特性

    Figure  4.  Transient Comparison Curves of System Operating Parameters-Load Influence Characteristics

    图  5  系统运行参数在不同破口位置的瞬态曲线

    Figure  5.  Transient Curves of System Operating Parameters at Different Break Locations

    图  6  系统运行参数在不同破口尺寸的瞬态曲线

    Figure  6.  Transient Curves of System Operating Parameters under Different Break Sizes

    表  1  LOCA瞬态工况序列表

    Table  1.   LOCA Transient Condition Sequence

    工况序号 破口尺寸/mm 破口位置 容积系统是否投入 负载状态
    1 30 压气机入口 负载跟随
    2 30 压气机入口 负载跟随
    3 30 压气机入口 负载不变
    4 30 压气机出口 负载跟随
    5 15 压气机入口 负载跟随
    6 45 压气机入口 负载跟随
    7 60 压气机入口 负载跟随
    8 75 压气机入口 负载跟随
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    表  2  系统LOCA分析程序稳态验证

    Table  2.   Steady State Verification of System LOCA Analysis Code

    参数 设计值 计算值 相对误差/%
    反应堆入口温度/K 907.00 910.09 0.34
    反应堆出口温度/K 1200.00 1208.38 0.70
    涡轮出口温度/K 966.30 966.69 0.04
    冷却器入口温度/K 553.70 565.12 2.06
    压气机入口温度/K 340.00 343.76 1.11
    压气机出口温度/K 501.60 502.41 0.16
    反应堆入口压力/MPa 1.41 1.41 0
    反应堆出口压力/MPa 1.40 1.39 −0.71
    涡轮出口压力/MPa 0.73 0.72 −1.37
    冷却器入口压力/MPa 0.70 0.69 −1.43
    压气机入口压力/MPa 0.67 0.68 1.49
    压气机出口压力/MPa 1.41 1.43 1.42
    循环质量流量/(kg·s−1) 11.20 11.20 0
    压气机增压比 2.11 2.10 −0.47
    涡轮膨胀比 1.91 1.92 0.47
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    表  3  LOCA瞬态特性分析与验证案例的初始稳态条件差异分析表

    Table  3.   Initial Steady State Conditions Difference Analysis Table of LOCA Analysis and Validation Cases

    参数 LOCA分析 验证案例 比例 参数 LOCA分析 验证案例 差值
    反应堆功率/MW 10.00 1.75 5.71 反应堆入口压力/MPa 2.00 1.41 0.59
    涡轮功率/MW 8.49 1.49 5.70 反应堆出口压力/MPa 1.95 1.39 0.56
    压气机功率/MW 5.45 0.95 5.73 涡轮出口压力/MPa 0.97 0.72 0.25
    冷却器功率/MW 7.00 1.22 5.73 冷却器入口压力/MPa 0.93 0.69 0.24
    回热器功率/MW 13.58 2.37 5.73 压气机入口压力/MPa 0.92 0.68 0.24
    循环质量流量/(kg·s–1) 63.98 11.20 5.71 压气机出口压力/MPa 2.02 1.43 0.59
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-16
  • 修回日期:  2024-02-23
  • 刊出日期:  2024-12-17

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