非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)綜合性能優(yōu)化研究.pdf

1、非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)（Passive Containment Cooling System，簡(jiǎn)稱PCS）是第三代核電廠AP1000安全系統(tǒng)的重要組成部分，也是國(guó)家“大型先進(jìn)壓水堆”重大專項(xiàng)的核心研究與開發(fā)內(nèi)容之一。也是控制放射性污染物外泄的最后一道屏障，其可靠性及熱導(dǎo)出性能直接關(guān)系到核電廠的安全。大型先進(jìn)壓水堆示范工程項(xiàng)目是國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃（2006－2020）重大專項(xiàng)之一，是我國(guó)在已有的技術(shù)、工業(yè)和人才資源基礎(chǔ)上，充分消化吸收國(guó)

2、外先進(jìn)技術(shù)，立足自主研發(fā)，使我國(guó)具有獨(dú)立自主設(shè)計(jì)建造和批量發(fā)展具有先進(jìn)技術(shù)水平、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代壓水堆核電機(jī)組能力的重大舉措。大型先進(jìn)壓水堆的技術(shù)方案消化吸收了AP1000技術(shù)，開發(fā)出電功率大于1350MW擁有完全的知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型先進(jìn)壓水堆核電廠。
　　首先，本課題闡述了非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，歸納分類了與PCS熱工特性相關(guān)的理論及試驗(yàn)研究，包括液膜的傳熱特性，液膜的穩(wěn)定性、通道熱通風(fēng)特性及系統(tǒng)整體熱工特性等

3、，總結(jié)了PCS性能優(yōu)化的已有措施。本課題從流體力學(xué)出發(fā)對(duì)非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)的熱工特性進(jìn)行了分析，從理論層面討論了PCS性能優(yōu)化方案可能的技術(shù)路線。本課題結(jié)合傳熱學(xué)、傳質(zhì)學(xué)及流體控制工程等領(lǐng)域的研究成果，提出了三項(xiàng)PCS性能優(yōu)化方案：（1）噴淋流量精確控制方案；（2）直接蒸發(fā)式非能動(dòng)自冷卻導(dǎo)流板方案；（3）低沸點(diǎn)冷卻劑噴淋方案，并通過數(shù)值模擬對(duì)各優(yōu)化方案的效果進(jìn)行了評(píng)估。
　　在噴淋流量精確控制方案的研究中，本課題提出了廣義非能動(dòng)

4、系統(tǒng)的概念，并提出了廣義非能動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造方法及判定準(zhǔn)則，這拓展了非能動(dòng)概念的范疇，增加了應(yīng)用非能動(dòng)理念進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可操作性及靈活性。本課題設(shè)計(jì)并研制了用于PCS流量精確控制的廣義非能動(dòng)流體控制單元（GPFC）工程樣機(jī) GPFC-00，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了廣義非能動(dòng)系統(tǒng)概念的合理性及實(shí)際應(yīng)用的可行性。廣義非能動(dòng)流體控制單元是一種具有高可靠性的新型流體控制組件，用于對(duì)管道中流體的流量進(jìn)行精確的控制，其突出特點(diǎn)是參數(shù)適用范圍廣泛、具有非能動(dòng)特性及

5、控制的靈活性。在直接蒸發(fā)式非能動(dòng)自冷卻導(dǎo)流板方案的研究中，本課題提出物理場(chǎng)均衡性可以作為衡量PCS系統(tǒng)外部通風(fēng)性能的綜合指標(biāo)。通常衡量PCS系統(tǒng)的性能的指標(biāo)是安全殼外表面及內(nèi)表面的換熱系數(shù)或努塞爾數(shù)。本課題提出了以安全殼外部通風(fēng)通道物理場(chǎng)均衡性衡量PCS系統(tǒng)外部通風(fēng)性能的觀點(diǎn)，物理場(chǎng)均衡性的量化指標(biāo)是物理場(chǎng)熵。在低沸點(diǎn)冷卻劑噴淋方案的研究中，本課題通過數(shù)值模擬及溫度場(chǎng)熵分析方法證明了低沸點(diǎn)二元共沸混合物作為噴淋冷卻劑可對(duì)PCS熱導(dǎo)出過程