核动力工程

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刘晓黎, 咸春宇

2008, 29(4): 1-4,23.

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摘要:
长循环堆芯在堆芯燃耗寿期内反应性随堆芯燃耗的变化是堆芯物理设计需要考虑的关键参数。本文以铅-铋合金冷却,U-Pu-Zr燃料组成的堆芯为研究对象,从堆芯核设计的角度研究确定堆芯装载所涉及到中子学特性的影响因素。通过对燃料初始含量、燃料栅格距径比等关键量的分析研究,给出了堆芯物理设计区域的确定方法,并通过分析给出了设计限制区域。分析结果表明,该研究方法是合适的,所得到的限制区域内的堆芯装载满足堆芯燃耗寿期和反应性控制要求。

二维中子输运方程计算的角度多重网格加速方法及外推加速技术

吴宏春, 孙幸光, 曹良志, 沈智军

2008, 29(4): 5-9,30.

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摘要:
为提高中子输运问题的计算时程效率,本文采用角度多重网格(ANMG)加速方法加速源迭代过程,并在此基础上给出了Lyusternik-Wagner外推加速技术,并应用到中子输运方程最小二乘有限元计算程序LESFES中。数值结果表明:无论对于各向同性散射问题还是强各向异性散射问题,ANMG加速方法具有良好的加速效果;而且在ANMG加速方法的基础上增加Lyusternik-Wagner外推加速技术后,可以使整体加速效果更加明显。

MCNP温度相关中子截面库制作方法

李松阳, 王侃, 余纲林

2008, 29(4): 10-13,30.

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摘要:
在截面库研制过程中,着重考虑了在反应堆设计与运行温度范围的温度点;使用NJOY软件将ENDF格式的中子截面文件处理为ACE (A Compact ENDF)格式的点截面文件,供MCNP程序使用。验证过程应用了3种不同类型的临界基准题:简单的球形几何基准题、板式燃料元件实验装置和带有可燃毒物的堆芯。结果表明,3种临界基准题所得到的验证结果均较为理想,在精确度方面也达到了要求。证明了使用NJOY制作截面库方法的正确性。

蒙特卡罗方法在中子时空动力学问题中的应用

沈华韵, 王侃, 宫兆虎

2008, 29(4): 14-18.

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摘要:
对现有用于解决核反应堆时空动力学问题的基于输运理论的各种方法与计算机程序系统进行了分析。综合考虑了确定论方法和蒙特卡罗方法求解输运问题的优缺点,提出一种以蒙特卡罗方法为基础的直接模拟方法。该方法通过直接模拟堆芯内中子和先驱核的动态行为来实现对瞬态问题的求解,取消了现有方法的各种近似,具有普适通用性。为了验证该方法的有效性,在一定近似处理的前提下,开发出了相应的程序,并计算了相关的问题。结果表明,该方法用于计算各种核反应堆动力学问题是可行的。

R-Z几何中子输运方程的球谐函数方法

叶青, 吴宏春

2008, 29(4): 19-23.

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摘要:
从二阶自共轭角注量率(SAAF:Self-Adjoint Angular Flux)中子输运方程出发,在二维圆柱坐标系下利用球谐函数对角度变量进行展开,推导出了一组关于空间变量的偏微分方程组,然后采用有限元方法进行了空间离散,编写了二维圆柱坐标系下的球谐函数输运计算程序。对一系列例题进行校验的数值结果表明,该方法具有较高的计算精度,克服了射线效应。

基于三棱柱网格的穿透概率方法研究

刘国明, 吴宏春

2008, 29(4): 24-30.

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摘要:
为了求解三维非结构几何中子输运方程,研究了基于三棱柱的穿透概率方法。三棱柱子区内部中子源采用平源分布近似,子区界面中子角注量率空间分布采用均匀分布近似,角度分布采用简化P1近似。在此基础上编制了适应于三维几何的中子输运问题求解的程序TPMTD,并对三维Takeda输运基准问题进行了校算,计算结果与参考值吻合良好。

螺旋内管双面换热的稳态解析法

赵福宇, 王要帅, 彭劲枫

2008, 29(4): 31-34,92.

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摘要:
根据螺旋内管双面换热的特点,列出了双面换热元件的能量方程。用解析方法进行稳态分析计算,得到了稳态下元件内部温度分布的解析表达式。利用该表达式对单相换热和蒸汽发生器两个实例进行了计算。在计算蒸汽发生器换热时,对多相流先采用迭代法确定每一区段的长度。解析表达式的计算结果与文献值相吻合,计算时间短。

摇摆对气-液两相流流型及空泡份额的影响

阎昌琪, 于凯秋, 栾锋, 曹夏昕

2008, 29(4): 35-38,49.

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摘要:
对摇摆状态下竖直上升管内气-液两相流的流型及空泡份额变化进行了实验和理论研究。研究发现,摇摆使两相流的流型发生改变,使泡状流提前转变为弹状流,使搅混流的区域加宽。实验还发现,在弹状流型区摇摆状态下两相流的空泡份额小于非摇摆状态下的空泡份额。通过对两相流滑速比的分析并应用分相流的动量方程,合理解释了产生这种结果的原因。

摇摆状态下水平管内气-水两相流流型的判定方法

栾锋, 阎昌琪

2008, 29(4): 39-43.

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摘要:
对摇摆状态下水平管内气-水两相流流型进行了实验研究。实验发现,摇摆状态下两相流的压差波动有明显的周期性。本文根据各流型压差波动的差异判断摇摆状态下水平管内气-水两相流的流型。结果表明:通过与可视化观察和高速摄影观察的流型相比,利用压差特性曲线可以很好地判断摇摆状态下气-水两相流的流动型式。

摇摆状态下水平管中单相水的摩擦阻力实验研究

张金红, 阎昌琪, 曹夏昕, 孙中宁

2008, 29(4): 44-49.

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摘要:
在常温常压下,利用水平放置在机械传动的摇摆台架上的两相流实验装置,对内径为34.5 mm有机玻璃管内的单相水在不同摇摆状态下的摩擦压降特性进行了试验研究。应用能量方程和Darcy公式求解了摇摆状态下单相水的摩擦阻力系数。试验结果表明:流速、摇摆周期和摇摆幅值等因素对摩擦压降都有一定的影响,并且摇摆状态下的摩擦系数与稳态时不同,呈现周期性的变化。通过引入摇摆雷诺数和实验数据的拟合,提出了用于计算摇摆状态下单相水的摩擦阻力系数的试验关联式。与实验值比较,计算值能够反映摩擦阻力系数的变化,两者符合得很好。

三角形子通道超临界水热工水力特性数值分析

顾汉洋, 杨燕华, 程旭

2008, 29(4): 50-56.

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摘要:
目前国际上对超临界水冷堆进行了大量的研究,但对其堆芯内超临界流体流动传热的认识还十分有限。本文采用CFX对超临界水冷堆典型三角形子通道内的流动传热特征进行了CFD研究,对比分析了包壳壁面等热流密度和燃料芯块等体积热流密度两种情况。计算结果表明,不锈钢包壳层的周向导热显著强化了燃料棒圆周上温度分布和传热系数的均匀性,但对二次流和湍流脉动的影响不大。间隙区的湍流脉动主要受几何参数P/D的影响,当P/D<1.3时,湍流交混系数在0.02～0.025之间,当P/D>1.3时,湍流交混系数较小,在温度拟临界点附近区域,存在交混系数的突变。

非均匀加热条件下超临界压力水在垂直管中的传热特性

王海军, 唐人虎, 罗毓珊, 胡志宏, 陈听宽

2008, 29(4): 57-62.

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摘要:
对超临界压力水在非均匀加热的垂直上升管中的传热特性进行了试验研究。试验参数范围:p=23～30 MPa,质量流速G=600～1 200 kg/(m².s),内壁平均热负荷q=200～600 kW/m²。试验结果表明:对于周向非均匀加热情况,热负荷及传热系数的周向分布的不均匀性随雷诺数的增加而减小;同一截面上可以同时存在传热恶化和传热强化现象,传热恶化是由局部的峰值热负荷引起的;不均匀加热的垂直上升管内的平均传热系数可以采用均匀加热条件下的公式在相应的平均热负荷下进行计算;非均匀受热管传热恶化后,加热侧中点的壁温升高比相应热负荷下的均匀加热管的低。

超临界锅炉并联倾斜内螺纹管两相流密度波型脉动数值研究

黄可欣, 高峰, 毕勤成, 罗毓珊, 陈听宽

2008, 29(4): 63-68,73.

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摘要:
采用一维均相流模型,运用Clausse和Lahey提出的非线性两相流垂直上升单管分析法,考虑倾斜角度、内螺纹管因素,发展了多管道系统不稳定性理论模型;对超临界锅炉并联倾斜内螺纹双管汽-水两相流密度波型脉动进行了理论分析和求解。采用时域法求得密度波型脉动发生时,试验段进口质量流量在各个时间点的数值。根据流量随时间发散或收敛的趋势,判断得到发生脉动的阈值。对脉动时的周期、振幅等特征值进行分析,得到进口质量流量随时间的变化规律。计算得到的各工况下的脉动周期范围大多在5～16 s之间,与实验所得的7～19 s基本吻合。比较可得,该模型的计算结果与试验数据符合较好,可用于判定是否发生密度波型脉动,为确定锅炉安全运行时的水冷壁参数提供参考。

拉弯组合载荷作用下孔边含椭圆拐角裂纹平板的极限载荷分析

朱国民, 梁利华, 李荣生, 高增梁, 雷月葆

2008, 29(4): 69-73.

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摘要:
基于净截面垮塌准则导出了拉弯组合载荷作用下孔边含椭圆拐角裂纹平板的整体极限载荷解析解。对处于拉弯组合载荷作用下的理想弹塑性材料进行了三维有限元分析。计算了不同裂纹深度(α=0.2,0.4,0.6,0.8)、不同裂纹形状(a/c=1.0,0.4,0.2)在不同的载荷作用下(λ=0,0.25,1,∞)的极限载荷。有限元解与解析解的结果误差<20%,解析解偏于安全。

基于蠕变孔洞长大理论的高温构件蠕变强度设计准则研究

姚华堂, 轩福贞, 王正东, 涂善东

2008, 29(4): 74-78.

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摘要:
在分析高温构件蠕变失效微观机理的基础上,提出了基于孔洞长大理论的蠕变应变设计准则和蠕变应力设计准则。定义了蠕变等效应力和蠕变等效应变,探讨了蠕变许用应力和蠕变许用应变的确定原则。这些设计准则考虑了蠕变失效的微观机理和时间相关性的影响,能给出比传统设计方法更为稳定和合理的设计结果。分析了在蠕变强度设计上存在的困难,并提出了相应的建议。

压缩机复杂管路压力脉动及管道振动研究

徐斌, 冯全科, 余小玲

2008, 29(4): 79-83.

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摘要:
围绕往复式压缩机管道系统的振动及往复式压缩机的管道压力脉动问题,依据平面波动理论,采用转移矩阵和刚度矩阵计算出复杂管路的气柱固有频率和压力脉动。借助于有限元方法的离散思想,建立了往复式压缩机管道振动及应力分析的数学模型,提出了恰当的边界条件,利用基于有限元的管道分析软件CAESARⅡ对模型进行求解,获得了管道系统的振动模态结果。对比试验结果与计算结果发现,利用一维平面波动方程可以比较准确地计算出往复式压缩机管路的气柱固有频率、压力脉动。

压水堆堆芯系统线性化模型在最优控制中的应用

李海鹏, 黄晓津, 张良驹

2008, 29(4): 84-87,122.

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摘要:
基于微小摄动理论,对压水堆堆芯系统的非线性模型进行线性化处理,得到了线性时不变系统模型。利用该模型进行线性二次型高斯(LQG:Linear Quadratic Gaussian)最优控制器设计,并进行了控制系统仿真。结果表明,利用线性化模型对压水堆堆芯系统进行控制系统设计的方法是可行的。

球床式高温气冷堆在线燃耗测量中²³⁹Pu的影响分析

张立国, 李桃生, 方栋

2008, 29(4): 88-92.

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摘要:
高温气冷堆中,燃料的平均燃耗比较深。随着²³⁵U的消耗和²³⁹Pu的累积,²³⁹Pu的裂变就将成为一个不可忽略的部分。通过理论计算,讨论了²³⁹Pu的裂变对于燃耗测量的影响。计算表明,当燃料球燃耗达到80 000(MW.d)/t (U)时,²³⁹Pu的裂变所贡献的燃耗份额约26.7%,²³⁹Pu裂变产生的¹³⁷Cs和¹³⁴Cs分别占其各自总活度的27.2%和23.2%;比较而言,利用¹³⁷Cs活度来计算燃耗的方法比用活度比¹³⁴Cs/¹³⁷Cs好。

基于模糊自适应参数整定的直流蒸汽发生器PID控制系统研究

张宇声, 郭立峰, 蔡猛

2008, 29(4): 93-96.

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摘要:
在直流蒸汽发生器特性研究的基础上,将模糊自适应整定技术引入常规比例-积分-微分控制系统。采用三冲量控制系统,设计了三冲量模糊自适应整定比例-积分-微分控制系统。仿真结果表明,该控制系统能实现对直流蒸汽发生器的有效控制。

基于现场可编程门阵列的多路同步技术研究

鲁艺, 李勐, 荣茹

2008, 29(4): 97-99.

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摘要:
介绍了基于现场可编程门阵列(FPGA)的多路同步机的研制。该同步机以FPGA为核心,与集成电路、晶体管分立元件相结合,实现对输入脉冲触发转换、脉冲成形以及驱动输出,最终产生多路同步触发信号。经过实验验证与参数测试,技术指标达到了设计要求,证明基于FPGA设计的同步机具有较高的可靠性与工作稳定性,满足物理实验的要求

HTR-10氦气气轮机电磁轴承系统控制器研究

李红伟, 赵雷, 石磊, 于溯源

2008, 29(4): 100-103,116.

摘要(5) PDF(0)

摘要:
10 MW高温气冷实验堆(HTR-10)氦气气轮机直接循环发电系统将使用电磁轴承支承气轮机转子和发电机转子。由于正常工况下气轮机转子转速高于二阶挠性临界转速,因此,需要研究挠性转子在电磁轴承支承下过临界转速的控制方法。在根据相似原理设计的模拟气轮机转子-电磁轴承实验系统上,采用PID和相位补偿相结合的控制方法,通过仿真和实验,研究并设计了低刚度和高刚度控制器。在两种控制器分别作用下,转子都能够稳定悬浮,并且顺利地超越前两阶挠性临界转速,最高转速达到450 r/s。实验表明,与低刚度控制器相比,50～300 r/s转速内,高刚度控制器作用下的转子振幅明显减小,具有更好的控制性能。

核电厂应急操作规程系统的开发

刘飞, 张志俭, 彭敏俊

2008, 29(4): 104-107,116.

摘要(6) PDF(0)

摘要:
利用实时嵌入式操作系统VxWorks开发了一种应急操作规程系统(EOPS),该系统可以利用计算机技术的优势给操纵员提供详细并易于理解的操作规程。本文介绍了系统的结构特点,并以冷却剂丧失事故(LOCA)为例,在全范围仿真机上对该系统的可行性进行了实验验证。结果表明,采用EOPS可以减轻操纵员的工作负担和精神压力,提高核电厂的安全性。

压水堆大破口失水事故高压安注的缓解能力研究

张龙飞, 张大发, 徐金良

2008, 29(4): 108-111.

摘要(6) PDF(0)

摘要:
以西屋公司典型的三环路压水堆为参考对象,采用基于RELAP/SCDAPSIM程序开发的压水堆严重事故分析平台,对没有缓解措施的热段25 cm大破口失水事故进行了计算分析,详细研究了堆芯表面峰值温度分别达到1 100K、1 300 K和1 500 K时进行高压安全注射对大破口失水事故的缓解情况。结果显示,高压安全注射的时机对大破口失水事故的进程有着重要的影响,较早阶段的注水能够有效阻止堆芯熔化,较晚阶段的注水会恶化事故进程,加速堆芯熔化。

稳压器安全阀卡开导致的堆芯熔化事故

吴鹏, 杨燕华, 林萌

2008, 29(4): 112-116.

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摘要:
采用SCDAP/RELAP5程序分析了大亚湾核电站蒸汽发生器(SG)给水完全丧失后叠加稳压器安全阀卡开导致的堆芯熔化事故。基准事故分析的结果表明,该事故具有潜在的高压熔堆风险。缓解措施的研究表明,"充-排"措施可以有效地冷却堆芯。

全厂断电事故时TACR-1000非能动慢化剂余热排出系统排热能力研究

闫林, 贾宝山, 廉海波

2008, 29(4): 117-122.

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摘要:
为了评估非能动慢化剂余热排出系统的有效性,本文采用CATHENA程序模拟了正常工况及冷却水流失事故工况下非能动慢化剂余热排出系统的排热能力。通过对慢化剂冷却系统的模拟计算得到稳态运行结果,将该结果作为瞬态分析的初始条件计算了非能动慢化剂余热排出系统的排热能力,对计算结果进行了分析。分析结果表明,非能动慢化剂余热排出系统能够保证反应堆安全。

密度锁启动过程中传热特性的实验研究

王升飞, 阎昌琪, 谷海峰, 曹夏昕

2008, 29(4): 123-126,139.

摘要(3) PDF(0)

摘要:
分别在无扰动以及扰动大小不同的实验情况下,对密度锁启动过程中的传热特性进行了实验研究。研究结果表明,密度锁能抑制热量下传。根据传热情况,密度锁内过渡区可分为强分层、弱分层和无分层3种情况。强分层和弱分层情况下,密度锁都能有效地阻止热量下传,且强分层向下传热量更小。而在无分层情况下热量连续不断地从密度锁传出,导致密度锁失效。

MCNP程序在微型钠冷快堆屏蔽计算中的应用

贺克羽, 韩伟实

2008, 29(4): 127-130,144.

摘要(3) PDF(0)

摘要:
应用MCNP程序为微型钠冷快堆(MFR)概念设计建立了精确的屏蔽计算模型,并对其主要屏蔽物理量进行详细的计算分析。结果表明:在到达屏蔽层的外边界前,MFR内γ光子和中子注量率都已经迅速下降到较低的水平,主容器外的屏蔽层材料以碳钢为主,可以设计出满足安全准则的屏蔽结构;一回路钠的活化十分有限,屏蔽比较简单,铍反射层中氦的产量和控制棒吸收段的¹⁰B消耗比例都很小,这些材料可以使用多个寿期。

核电厂1E级电气设备鉴定试验研究

王广金, 刘燕, 刘江燕, 郑兰疆, 周天

2008, 29(4): 131-134.

摘要(5) PDF(0)

摘要:
以相关标准及技术资料为基础,介绍了核电厂1E级电气设备鉴定的方法和原则。对核电厂设备鉴定的方法和试验程序以及国内试验条件进行了深入分析。研究表明,现阶段我国1E级电气设备应以型式试验法为主。文章还给出了鉴定试验流程、需提供的文件、试验项目及相关验收准则。

压水堆核电厂燃料元件破损诊断方法

李兰, 杨洪润

2008, 29(4): 135-139.

摘要(7) PDF(0)

摘要:
在核电厂运行管理中,如果在停堆前知道燃料棒的性能和状态,采用合适的燃料检测管理策略,可减少反应堆的停运时间。本文以燃料元件破损后裂变产物向冷却剂释放的理论为基础,开发了一种通过分析反应堆冷却剂中裂变产物放射性活度估算破损燃料元件的数量、破损尺寸和位置的方法。用大亚湾核电站1号机组第2循环的运行跟踪数据对U1C2燃料组件进行了破损诊断。结果表明,诊断结果与停堆后的实测结果基本吻合。

核电工程设备监理技术体系及其管理软件研究与开发

张丽英, 邹平国, 朱成虎, 陆浩良, 吴洁

2008, 29(4): 140-144.

摘要(4) PDF(0)

摘要:
建立了以监理分级、设备监理大纲、监理导则等设备监理技术指导文件为基础的设备监理技术体系,对监理单位在设备监理规划和设备监理实施过程中的行为进行规范。在监理技术体系研究基础上进一步采用面向对象设计方法,开发了设备监造管理信息系统软件。该系统包括监理信息、监理技术、监理实施及质量统计与分析模块。

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2008年第29卷第4期

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