一回路流量不正常事故仿真实验报告

1、压水堆核电厂一回路流量不正常事故仿真实验报告一、实验目的核电厂具有堆芯放射性、高温高压等运行特点,为进行核电厂运行、平安类课程的实体实验带来巨大的挑战,比方电厂一回路系统具有不可接近性、复杂的电厂系统实体难于分解展示、实体实验平台建设本钱高和实验的平安性保证难.因此利用虚拟仿真技术取代局部核电厂电厂系统平安分析实体实验,可以帮助学生充分理解电厂的运行和事故对策分析、降低实验本钱,还可以提升实验的平安性,也拉近了学生和先进电厂技术之间的距离,为科研成果促进教学开展提升了条件.核反响堆平安分析课程是核工程与核技术专业重要的专心核心课程;核反响堆平安分析课程实脸是西安交通大学核电厂与火电厂系统国家级

2、虚拟仿真实脸教学中央重点课程实验之一,涵盖压水堆核电厂平安分析报告中重要的八大类实验.压水堆核电厂一回路流量不正常事故仿真实验是这八大类实险之一,也是一个典型的实验,重点解决在流量不正常工况下一回路产热与蒸汽发生器释热水平不平衡造成的平安问题,教学安排4个学时.实验目的包括：1 .支撑核反响堆平安分析课程学习,熟悉压水堆核电厂运行过程；2 .掌握反响堆冷却剂系统流量降低事故工况的运行过程和险收准那么；3 .掌握一台主泵惰转、三台主泵同时惰转、一台主泵卡轴的事故现象的区别；4,掌握主泵半时间、停堆延迟时间等参数对事故进程影响规律,获取平安分析的保守假设重要参数.二、实验原理核电厂的设计和平安分析

3、是以试脸和计算机程序为支撑的.在比例试验装置上开展的试验,能够研究核电厂相关系统的物理行为,还能够将所获得的试验数据用于计算机程序的评价；计算机程序那么用于模拟各种事故过程,分析部件或系统的响应,预测事故结果,脸证拟定的保护举措,从而确认满足核平安法规的要求.中子动力学热工水力模型守恒方程U型管蒸汽发生器模型稳压器模型事故模拟限制系统与安全系统整定值事故分析DNBR验收准贝IJ图1实验原理图本实险基于西安交通大学自主研发的压水堆核电厂事故仿真器NUSOLSIM.该软件具有模型简单可靠、运行操作简单、涵盖事故类型多等特点.其根本原理涵盖能获得反响堆功率变化的中子动力学模型,能获得核电厂系统典型参

4、数(如温度、流量等)变化的热工水力模型以及核电厂的典型限制系统.实验原理如图1所示.(1)中子动力学模型堆芯采用点堆中子动力学模型,描述具有6组缓发中子的堆芯中子动力学行为,用一维传导模型求解棒状燃料元件芯块和包壳的温度.点堆中子动力学模型：等=强4(少沁(,)等=*n(,)-4C060=Z艮i=式中,N中子密度；G-第i组缓发中子先驱核浓度；京-第i组缓发中子的有效份额；iA-第i组缓发中子先驱核的衰变常数；A-中子的平均代时间；P-反响性.2)热工水力模型稳压器模型将稳压器中工质分为3个区域,分别为波动水区,主水区和蒸汽区,基于质量和能量守恒方程建立模型.U型管蒸汽发生器模型为集总参数动态

5、模型,将蒸汽发生器视为一个圆柱体,根据热力系统动力学原理和根本的质量、能量守恒方程,建立一种简化的两相集总参数动态数学模型,实现对UTSG快速实时仿真.对环路建立动量守恒方程,关联泵的压头模型,计算环路流量.环路动量守恒方程：吼普吗+g3)i图%二°其中：Aar1""+才曲=四c+曲堆芯能量守恒方程：di7cdMchc-Vcp人4dhe助z7八l_££T2=M-V=Wh-Wh.+Od/d/CAtCdtcegC3"c稳压器质量守恒与能量守恒方程：dvdpdvdhfH1叼拓石+拓=吃饱2-j%M-/+瓦-"J*2=-町-叫色+h

6、+Qhcalatat环路质量与能量守恒方程：=-VLjECCS-WW-WurgeletdownsprayLR/些&二例也+力也-p包山Ml,出+生出忆力=例LJ77+h,i他CCS+匕ha停一%2-Wx1c岫加一%ray-%LR)-忆?C4Cu型管蒸汽发生器集总参数动态模型：分别列出体积守恒,质量守恒和能量守恒方程J7=L+JZ"=,+"+?"HIq+g*-g也=幺片p方+p"p""-yp)LGV(3)DNBR验收准那么一回路流量不正常事故可以分为堆芯冷却剂流量局部丧失(丧失一台RCP泵)、反响堆冷却剂强迫流量全部丧失和反响堆

7、冷却剂泵转子卡住(卡轴)或反响堆冷却剂泵轴断裂分别属于DBC事故中的第二、三和四类事故,具有典型性.DNBR是重要的脸收准那么.鉴于棒束CHF关系式为各大核电公司的商业机密,本科生实脸也不需要详细的形式,本实验采用的棒束CHF关系式为通用的W3关系式.6如u=354x1()6(2.022-6.238X10,)+(0.1722-1.43x10-)xexp(18.177-5.987x10-7p)xjj0.2664+0.8357exp(-l24Q,)xO.l484一1.596乙+0.1729xJxJ)x.*G+1037(.57_o.869xe)x10.8258+0.341x10"(/k_力

8、,(w/m1)(4)限制系统与平安系统整定值反响堆的限制系统与平安系统的整定值根据具体的对象具体设计.学生在进行实验时,可以进行具体的设置.以表达不同限制系统、不同平安整定值对事故进程的影响.基于以上模型,整理出本实验需要掌握的3个知识点：1)压水堆核电厂的堆芯释热与系统释热水平的关系2)一回路流量下降导致的系统动态响应3)不同失效方式的区别三、根本操作步骤3.1.实验方法描述压水堆核电厂一回路流量不正常事故仿真实验工程是以NUSOLSIM软件为平台开展“一回路流量不正常的虚拟实验仿真.通过压水堆核电厂一回路流量不正常事故分析模拟实验可以让学生更形象深入地掌握核电厂运行的状态,更形象生动的体险

9、压水堆核电厂一回路流量不正常事故分析的全过程,提出有效的防范与处置方案,深入理解事故预防和缓解举措,深入了解核反响堆事故分析.学生通过使用软件,获取并分析软件后台保存的运行参数文件,掌握实险工况中反响堆的运行过程和验收准那么,并通过修改主泵半时间、停堆延迟时间等运行参数总结参数对事故进程的影响规律,加深对反响堆运行进程的理解.同时获取平安分析的保守假设重要参数.32操作步骤说明1点击进入“我的实验二点击?增加实险；2填写完实验名称之后,点击“保存并开始实脸;即可进入实验界面；3开启事故的方式有两种,分别是在屏幕复选框checkbox选择故障的泵及其失效方式和在最上方故障模拟选择；4首先选择一台

10、泵惰转,主泵半时间和停堆延迟时间为默认值.开始事故；5点击“画图二观察三个环路的流量,进出口温度.系统压力,核功率与热功率,DNBR随时间的变化.重点关注环路逆流过程中冷却剂温度、停堆过程中热功率与核功率,DNBR的变化规律,记录相关的数据与截图；6在反响堆停堆约60s后停止运行；7翻开实险日志,查看事故过程中的主要系统动作,保存实验数据；8将主泵惰转时间分别修改为10s和30s,停堆延迟修改为1s和3s,重新运行.记录相关数据与截图；并与第5步操作进行比照分析；9分别选择三台泵惰转、一台泵卡轴事故,主泵半时间和停堆延迟时间为默认值进行分析,获得一台泵惰转、三台泵惰转、一台泵卡轴三个事故对电厂

11、的影响规律.记录相关数据与截图；并与第5步操作进行比照分析；10将主泵惰转时间分别修改为10s和30s,停堆延迟修改为1s和3s,重新运行三台泵惰转.二记录相关数据与截图；并与第9步操作进行比照分析；11将停堆延迟修改为1s和3s,重新运行三台泵惰转.记录相关数据与截图；并与第9步操作进行比照分析；12完成实验数据记录整理.总结实验结果,编写实险报告.四、实验结果上一台泵惰转,主泵半时间默认,停堆延迟时间默认停堆时间：8秒汽轮机脱扣时间：8秒主给水泵脱扣：8秒流量变化：流量1迅速降低,20秒出现逆流；流量2、3梢有升高后趋向稳定进出口温度：出口温度先升高后降低；进口温度逐渐升高,最后进出口温度

12、都趋于稳定进出口温度系统压力：先增加,13秒后降低核功率与热功率：起初稍有降低,13秒左右.开始骤降,核功率低于热功率DNBR随时间的变化：前12秒稍有降低,13秒开始快速升高逆流过程冷却剂温度：逆流前1回路冷段温度持续下降,逆流后有所上升并趋于定值；逆流前1回路热段温度持续下降,逆流后逐渐停止下降并趋于定值；最后冷热段温度趋于一致2.一台泵惰转,主泵半时间10s,停堆延迟时间IsvsnMnauR14710U1®W22J571&ooo-ACOOZOOO2000ya63DN8R"JIA5S9rasa(F1U4V*«M4549S)MSYoO65MP0M4245

13、4&il乂S73NM停堆时间：7秒汽轮机脱扣时间：7秒主给水泵脱扣：7秒流量变化：流量1迅速降低,16秒出现逆流；流量2、3稍有升高后趋向稳定进出口温度：出口温度先升高后降低；进口温度逐渐升高,最后进出口温度都趋于稳定如下列图进出口温度系统压力：先逐渐增加,10秒左右开始降低核功率与热功率：起初稍有降低,9秒左右开始骤降,核功率低于热功率DNBR随时间的变化：前10秒稍有降低,10秒开始快速升高逆流过程冷却剂温度：逆流前1回路冷段温度先升高后降低,逆流后温度上升并趋于定值；逆流前1回路热段温度先升高后降低,逆流后逐渐停止下降并趋于定值；最后冷热段温度趋于一致与默认比照：停堆脱扣时间提前

14、1秒,系统压力提前下降,功率提前下降,DNBR提前升高,出口温度提前下降.3-台泵惰转,主泵半时间30s,停堆延迟时间3s停堆时间：13秒汽轮机脱扣时间：13秒主给水泵脱扣：13秒流量变化：流量1迅速降低,29秒出现逆流,30秒出现大流量逆流,31秒阶跃回正流量；流量2、3稍有升高,30骤降后出现逆流,31秒逐渐增长后趋向稳定进出口温度：进出口温度变化较为平稳,30-40每秒各自有波动,最后进出口温度都趋于同一值如下列图进出口温度500050005000500332211系统压力：先逐渐增加,18秒左右开始降低并持续降低核功率与热功率：起初稍有降低,16秒左右.开始骤降,核功率低于热功率DNB

15、R随时间的变化：总体逐渐递增,29-31秒之间有一次大幅度起落逆流过程冷却剂温度：逆流过程中冷热管段温度均升高与默认比照：停堆脱扣时间滞后5秒,系统压力滞后下降,功率滞后下降,DNBR滞后升高,出口温度滞后下降.4.三台泵惰转,主泵半时间默认,停堆延迟时间默认停堆时间：3秒汽轮机脱扣时间：3秒主给水泵脱扣：3秒流量变化：流量1、2、3迅速降低,但未出现逆流进出口温度：出口温度先升高,7秒后降低；进口温度先升高,7秒后降低,最后进出口温度都趋于稳定如下列图进出口温度系统压力：迅速降低,21秒开始平稳核功率与热功率：起初稍有降低,5秒左右开始骤降,核功率低于热功率DNBR随时间的变化：前8秒稍有降

16、低,8秒开始快速升高与一台泵惰转比照：停堆脱扣时间提前,系统压力提前持续下降,功率提前下降,DNBR提前升高,出口温度提前下降.DN8R4g)任力5-台泵卡轴,主泵半时间默认,停堆延迟时间默认冷：戈777489g：77.7485kgM停堆时间：3秒汽轮机脱扣时间：3秒主给水泵脱扣：3秒流量变化：流量1迅速降低,5秒出现逆流；流量2、3稍有升高后趋向稳定进出口温度：出口温度先升高后降低：进口温度逐渐升高,最后进出口温度都趋于稳定如下列图进出口温度系统压力：先逐渐增加,7秒左右开始降低核功率与热功率：起初稍有降低,5秒左右.开始骤降,核功率低于热功率DNBR随时间的变化：前7秒稍有降低,7秒开始快

17、速升高逆流过程冷却剂温度：逆流前1回路冷段温度先升高后降低,逆流后温度上升并趋于定值；逆流前1回路热段温度升高,逆流后逐渐下降并趋于定值：最后冷热段温度趋于一致与一台泵情转比照：停堆脱扣时间提前,系统压力提前持续下降,功率提前下降,DNBR提前升高,出口温度提前下降.6.三台泵惰转,主泵半时间10s,停堆延迟时间Is停堆时间：2秒汽轮机脱扣时间：2秒主给水泵脱扣：2秒流量变化：流量1、2、3迅速降低,未出现逆流进出口温度：出口温度先升高后降低：进口温度先升高后降低,最后进出口温度都趋于稳定如下列图进出口温度系统压力：先逐渐增加,6秒左右,开始降低核功率与热功率：起初稍有降低,4秒左右开始骤降,

18、核功率低于热功率DNBR随时间的变化：前5秒稍有降低,5秒开始快速升高与默认比照：停堆脱扣时间提前,系统压力提前下降,功率提前下降,DBR提前升高,出口温度提前下降.7.三台泵惰转,主泵半时间30s,停堆延迟时间3s醒DiId*皿戋：？9&6如"COUSIBWrtW：型92I45CQ.瓯2»«190«:必找1.畸3?MK8!M区必WO停堆时间：4秒汽轮机脱扣时间：4秒主给水泵脱扣：4秒流量变化：流量1、2、3迅速降低,未出现逆流进出口温度：出口温度先升高后降低：进口温度先升高后降低,最后进出口温度都趋于稳定如下列图进出口温度系统压力：先逐渐增加,9秒左右开始降低核功率与热功率：起初稍有降低,9秒左右.开始骤降,核功率低于热功率DNBR随时间的变化：前10秒稍有降低,10秒开始快速升高与默认比照：停堆脱扣时间滞后,系统压力滞后下降,功率滞后下降,DXBR滞后升高,出口温度滞后下降.8-台泵卡轴,主泵半时间10s,停堆延迟时间Is停堆时间：3秒汽轮机脱扣时间：3秒主给水泵脱扣：3秒流量变化：流量1迅速降低,5秒出现逆流；流量2、3稍有升高后趋向稳定进出口温度：出口温度先升高后降低；进口温度逐渐升高,最后进出口温度都趋于稳定如下列图进出口温度系统压力：先逐渐增加,6秒左右,开始