RELAP5計(jì)算低壓自然循環(huán)流動(dòng)適用性驗(yàn)證與分析.pdf

1、核電站第三代核電技術(shù)廣泛采用了非能動(dòng)安全系統(tǒng)，自然循環(huán)作為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全特性的重要物理機(jī)制，其研究受到了越來越多的關(guān)注。然而自然循環(huán)系統(tǒng)在簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)備、提高系統(tǒng)安全性的同時(shí)，也存在運(yùn)行工況復(fù)雜、載熱能力低、易出現(xiàn)兩相不穩(wěn)定流動(dòng)等問題。因此，對(duì)于一套新的自然循環(huán)系統(tǒng)，在其工程應(yīng)用之前需要對(duì)其展開大量實(shí)驗(yàn)以及計(jì)算研究。其中，RELAP5程序作為反應(yīng)堆熱工水力最佳估算程序，在電廠事故及強(qiáng)迫循環(huán)熱工系統(tǒng)計(jì)算中取得了滿意的成果，但其計(jì)算低壓自然循環(huán)

2、系統(tǒng)瞬態(tài)特性的能力一直存在爭(zhēng)議。鑒于此，本文對(duì)兩套開式低壓自然循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了RELAP5程序建模計(jì)算，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)程序計(jì)算低壓自然循環(huán)系統(tǒng)流動(dòng)的適用性進(jìn)行了評(píng)估。
　　首先，采用RELAP5程序?qū)商紫到y(tǒng)建立模型，并對(duì)模型進(jìn)行敏感性分析發(fā)現(xiàn)，換熱段邊界條件的選取會(huì)對(duì)系統(tǒng)流動(dòng)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大影響。由于兩套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)換熱段管外采用蒸汽（蒸汽-空氣）加熱，涉及冷凝換熱過程，因此利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì) RELAP5程序中冷凝模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證

3、。結(jié)果表明，在純蒸汽冷凝工況下，RELAP5程序能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)管外冷凝換熱系數(shù)hc， hc與實(shí)驗(yàn)值偏差在4％-11.7%之間；而在蒸汽-空氣冷凝條件下，RELAP5程序計(jì)算兩組工況下的冷凝換熱系數(shù)與換熱量偏低， hc與實(shí)驗(yàn)值偏差范圍為74%-96%和67%-94%，并且偏差隨著空氣含量增加而增大，而經(jīng)Dehbi經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所得管外冷凝換熱系數(shù)與實(shí)驗(yàn)值符合較好，兩組工況下偏差分別為5%-25%和13%-30%。
　　基于所建模型，

4、對(duì)系統(tǒng)1和系統(tǒng)2內(nèi)單相及兩相流動(dòng)工況進(jìn)行了計(jì)算，通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，程序能夠?qū)上到y(tǒng)內(nèi)的單相流動(dòng)做出較為準(zhǔn)確的模擬。與實(shí)驗(yàn)值相比，在入口溫度一定時(shí)，出口溫度偏差小于3%，質(zhì)量流量偏差分別為±16%和±5%；兩相流動(dòng)工況下，RELAP5程序能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)過冷沸騰流動(dòng)不穩(wěn)定流動(dòng)、沸騰耦合閃蒸不穩(wěn)定流動(dòng)及純閃蒸不穩(wěn)定流動(dòng)等工況進(jìn)行模擬，流動(dòng)振蕩周期符合較好，質(zhì)量流量與實(shí)驗(yàn)值偏差均在合理范圍內(nèi)。間歇泉不穩(wěn)定流動(dòng)工況下，程序計(jì)算兩組工況下系統(tǒng)質(zhì)

5、量流量與實(shí)驗(yàn)值偏差較大，主要與程序低估了換熱管外冷凝換熱系數(shù)有關(guān)。另外，對(duì)系統(tǒng)1內(nèi)不同功率下流動(dòng)演變過程進(jìn)行了計(jì)算，通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，程序能夠準(zhǔn)確給出系統(tǒng)流動(dòng)不穩(wěn)定邊界。
　　在完成對(duì)系統(tǒng)流動(dòng)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，采用RELAP5程序?qū)Φ蛪鹤匀谎h(huán)系統(tǒng)運(yùn)行特性進(jìn)行了分析，包括注氣過程（單相注氣，兩相不穩(wěn)定階段注氣和兩相穩(wěn)定階段注氣）影響、系統(tǒng)壓力變化以及加熱功率變化影響。分析計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，上升段內(nèi)注氣過程能夠有效提高單相流動(dòng)階段系統(tǒng)