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系统级三维热工水力仿真程序的非惯性坐标系运动模型开发与验证

叶潜 谭超 熊琰 李飞 单福昌

叶潜, 谭超, 熊琰, 李飞, 单福昌. 系统级三维热工水力仿真程序的非惯性坐标系运动模型开发与验证[J]. 核动力工程, 2024, 45(S1): 78-84. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0078
引用本文: 叶潜, 谭超, 熊琰, 李飞, 单福昌. 系统级三维热工水力仿真程序的非惯性坐标系运动模型开发与验证[J]. 核动力工程, 2024, 45(S1): 78-84. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0078
Ye Qian, Tan Chao, Xiong Yan, Li Fei, Shan Fuchang. Development and Validation of Non-Inertial Coordinate System Motion Model Based on System-level 3D Thermal Hydraulic Code[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S1): 78-84. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0078
Citation: Ye Qian, Tan Chao, Xiong Yan, Li Fei, Shan Fuchang. Development and Validation of Non-Inertial Coordinate System Motion Model Based on System-level 3D Thermal Hydraulic Code[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(S1): 78-84. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0078

系统级三维热工水力仿真程序的非惯性坐标系运动模型开发与验证

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.S1.0078
详细信息
    作者简介:

    叶 潜(1992—),男,工程师,主要从事热工水力程序开发及应用研究,E-mail: yeqian@cnnp.com.cn

    通讯作者:

    谭 超,E-mail: tanchao@cnnp.com.cn

  • 中图分类号: TL334

Development and Validation of Non-Inertial Coordinate System Motion Model Based on System-level 3D Thermal Hydraulic Code

  • 摘要: 为实现海上核动力装置的三维热工水力特性模拟,对运行培训、事故诊断、安全分析等提供技术支持,本研究基于PANTHER程序,开发了一维/三维运动附加力模型、三维运动坐标计算模型、三维非惯性坐标系运动计算模型、输入/输出(IO)集成交互模块,并集成于RINSIM仿真平台,实现了参数实时交互及运动条件在线切换,并基于两环路单相自然循环试验装置完成了对比测试验证。验证结果表明,各海洋运动条件下计算结果满足物理规律,与实验值计算误差在5%以下,证明了程序计算结果的可靠性。本研究开发的海洋条件三维热工水力系统分析程序能够用于海上核动力装置的三维热工水力特性仿真。

     

  • 图  1  试验系统示意图

    Figure  1.  Diagram of the Experimental Facility

    图  2  PANTHER模型节点图

    Figure  2.  PANTHER Model Nodal

    图  3  起伏工况测试验证结果

    Figure  3.  Verification Results of Heaving Conditions

    图  4  横摇工况测试验证结果

    Figure  4.  Verification Results of Rolling Conditions

    图  5  倾斜工况测试验证结果

    Figure  5.  Verification Results of Inclining Conditions

    表  1  附加力模型

    Table  1.   Additional Force Models

    序号 运动类型 附加加速度
    1 倾斜运动
    (以x轴倾斜为例)
    $ -\left[\begin{array}{*{20}{c}}0 \\ g_{_0}\sin\theta_x \\ g_{_0}\cos\theta_{x}\end{array}\right] $  其中,$ {\theta }_{x}=常数 $
    2 起伏运动
    (以z方向起伏为例)
    $ - \left[ {\begin{array}{*{20}{c}} {\text{0}} \\ {\text{0}} \\ {{a_{\textit{z}}}} \end{array}} \right] $  其中,$ a_{\textit{z}}=g\left[B\sin\theta\left(2\text{π}t\mathord{\left/\vphantom{2\text{π }tT+\varphi}\right.}T+\varphi\right)-1\right] $
    3 摇摆运动
    (以绕x轴摇摆为例)
    $ - \left[ {\begin{array}{*{20}{c}} 0 \\ { - {\beta _{x}}{r_{\textit{z}}} - \omega _{x}^2{r_{y}} - 2{\omega _{x}}{v_{\textit{z}}} + {g_{_0}}\sin {\theta _{x}}} \\ {{\beta _{x}}{r_{y}} - \omega _{x}^2{r_{\textit{z}}} + 2{\omega _{x}}{v_{y}} + {g_{_0}}\cos {\theta _{x}}} \end{array}} \right] $  其中,$ {\theta _{x}} = B\sin \theta \left( {{{2{\text{π}}t} \mathord{\left/ {\vphantom {{2{\text{π}}t} {T + \varphi }}} \right. } {T + \varphi }}} \right) $
    4 复合运动
    (任意轴平动叠加转动)
    $ \left[ \begin{gathered} {g_{x}} \\ {g_{y}} \\ {g_{\textit{z}}} \\ \end{gathered} \right] - \left[ \begin{gathered} {a_{x}} \\ {a_{y}} \\ {a_{\textit{z}}} \\ \end{gathered} \right] - 2\left[ \begin{gathered} {\omega _{y}}{v_{\textit{z}}} - {\omega _{\textit{z}}}{v_{y}} \\ {\omega _{\textit{z}}}{v_{x}} - {\omega _{x}}{v_{\textit{z}}} \\ {\omega _{x}}{v_{y}} - {\omega _{y}}{v_{x}} \\ \end{gathered} \right] - \left[ \begin{gathered} {\beta _{y}}{r_{\textit{z}}} - {\beta _{\textit{z}}}{r_{y}} \\ {\beta _{\textit{z}}}{r_{x}} - {\beta _{x}}{r_{\textit{z}}} \\ {\beta _{x}}{r_{y}} - {\beta _{y}}{r_{x}} \\ \end{gathered} \right] - \left[ \begin{gathered} {\omega _{x}}{\omega _{y}}{r_{y}} - \omega _{y}^2{r_{x}} - \omega _{\textit{z}}^2{r_{x}} + {\omega _{x}}{\omega _{\textit{z}}}{r_{\textit{z}}} \\ {\omega _{y}}{\omega _{\textit{z}}}{r_{\textit{z}}} - \omega _{\textit{z}}^2{r_{y}} - \omega _{x}^2{r_{y}} + {\omega _{x}}{\omega _{y}}{r_{x}} \\ {\omega _{x}}{\omega _{\textit{z}}}{r_{x}} - \omega _{x}^2{r_{\textit{z}}} - \omega _{y}^2{r_{\textit{z}}} + {\omega _{\textit{z}}}{\omega _{y}}{r_{y}} \\ \end{gathered} \right] $
      $ {\theta _{ x}} $—绕轴角度;B—运动幅值;t—运动当前时刻;T—运动周期;$ \varphi $—初始相位角
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    表  2  静止条件下主要参数

    Table  2.   Main Parameters under Static Conditions

    参数名称 数值
    热功率/MW 30.0
    一环路系统压力/MPa 15.0
    加热器入口冷却剂温度/℃ 184.9
    加热器出口冷却剂温度/℃ 266.7
    加热器冷却剂平均温度/℃ 225.8
    冷却剂总流量/(kg·s−1) 72.0
    二次侧压力/MPa 3.0
    单个热交换器二次侧流量/(kg·s−1) 17.0
    热交换器二次侧入口水温/℃ 60.0
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    表  3  起伏条件下加热器的流量参数

    Table  3.   Flow of Heater under Heaving Conditions

    参数名 加热器 环路1 环路2
    额定流量/(kg·s–1 72.01 36.00 36.00
    最大流量/(kg·s–1) 86.11 42.72 42.72
    最小流量/(kg·s–1) 58.61 29.64 29.64
    最大流量归一化/% 119.60 118.67 118.67
    最小流量归一化/% 81.39 82.33 82.33
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    表  4  起伏条件下冷却剂温度  ℃

    Table  4.   Coolant Temperature under Heaving Conditions

    位置 最高 最低 幅度 平均
    加热器出口 279.48 256.93 22.55 268.20
    125-02 278.38 257.72 20.66 268.05
    125-04 277.43 257.76 19.67 267.60
    125-06 276.56 258.19 18.37 267.38
    125-08 275.83 258.60 17.23 267.20
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-01-01
  • 修回日期:  2024-03-01
  • 刊出日期:  2024-06-15

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