薛廣宇,馮獻靈
(海南核電有限公司,海南昌江 572700)
隨著仿真技術的不斷成熟,在軍民核動力系統(tǒng)中,大多采用流體網絡(簡稱“流網”)仿真技術用于輔助系統(tǒng)或二回路系統(tǒng)等的研發(fā)設計與運行仿真研究。流網仿真技術具有計算速度快、穩(wěn)定性高的特點,更易滿足計算過程實時性的要求。
因此,本文基于成熟的單相流網計算模型與算法,針對核動力系統(tǒng)開發(fā)了適用于可壓縮流體(以水或蒸汽為工質)的單相熱工流網計算軟件,針對華龍一號中壓安注和低壓安注系統(tǒng)瞬態(tài)工況進行了仿真應用研究[1]。
本文以華龍一號中壓安注和低壓安注系統(tǒng)為研究對象,選取中壓安注系統(tǒng)單獨運行切換為中、低壓安注系統(tǒng)同時運行和冷管段安注切換至冷、熱管段同時安注兩種瞬態(tài)工況進行了仿真計算,并將仿真結果與設計值進行對比驗證。根據(jù)圖1 所示的系統(tǒng)流程,可以分別形成不同工況下的流網系統(tǒng)[2]。
圖1 系統(tǒng)流程
圖2 工況1 系統(tǒng)流網結構
圖3 工況2 系統(tǒng)流網結構
中壓安注單獨運行切換為中、低壓安注系統(tǒng)同時運行工況(工況1)是將回流管路切換至并聯(lián)注入管路的過程,冷管段安注切換至冷、熱管段同時安注工況(工況2)是并聯(lián)管路拓展分支的過程(圖2、圖3)。
假設在事故工況下,RCS(反應堆冷卻劑系統(tǒng)) 壓力由3.5 MPa,躍遷變化為1.5 MPa;根據(jù)系統(tǒng)設計說明書可知,此時中壓安注泵取水量增加,同時,由于RCS 壓力低于低壓安注泵的注入壓頭,低壓安注系統(tǒng)的小流量管線(回流管路)自動隔離,熱管段注入管線上的閥門仍然保持關閉,低壓安注泵從IRWST(內置換料水箱)取水后經由注入管線提供冷段注入。流網系統(tǒng)設計流通形式如圖2 所示。
仿真結果顯示,在RCS 系統(tǒng)壓力降低后,低壓安注泵從IRWST 取水后,不再回流,而是經過低壓安注系統(tǒng)的并聯(lián)注入管線,與中壓安注系統(tǒng)的注入管線合并后,再分為三條冷段注入管線進行安注,3 條冷段注入管線的流量出現(xiàn)相同幅度的增加,同時由于RCS 壓力降低,中壓安注泵取水流量增加,中壓安注泵出口壓力下降。另外,中壓安注系統(tǒng)或低壓安注系統(tǒng)中并聯(lián)注入管線壓力和流量的瞬態(tài)變化趨勢一致且穩(wěn)態(tài)值相同,與設計流通形式相一致。此外,曲線變化趨勢平穩(wěn),表明軟件在仿真復雜流網系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性(圖4)。
假設在事故工況下,RCS壓力由1.5 MPa,躍遷變化為1.0 MPa,在長期冷卻階段為防止硼在一回路系統(tǒng)聚集,需要打開中壓安注和低壓安注系統(tǒng)中熱段注入管線上的隔離閥,此時安注系統(tǒng)被切換到冷熱段同時注入。流網系統(tǒng)設計流通形式如圖3 所示。
仿真結果顯示,在RCS 系統(tǒng)壓力下降后,低壓安注泵和中壓安注泵從IRWST 的取水流量增加,安注泵出口壓力降低,且中壓安注泵出口壓力下降幅度更大,低壓和中壓安注泵的取水經過并聯(lián)注入管線,各自匯入冷管段和熱管段注入母管后,再分為3 條冷段注入管線和3 條熱段注入管線進行安注,受熱管段分流影響,冷段注入流量出現(xiàn)了小幅度的下降,但是由于安注系統(tǒng)出口壓力降低,且熱管段的加入相當于拓展了并聯(lián)支路,會降低系統(tǒng)總流動阻力,因此總的安注流量會升高,與設計流通形式相一致。此外,與2.1 節(jié)類似,曲線變化趨勢平穩(wěn),表明軟件在仿真復雜流網系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性,結果如圖5 所示。
圖4 工況1 仿真計算結果
圖5 工況2 仿真計算結果
本文開發(fā)了適用于可壓縮流體的單相熱工流網計算軟件,針對華龍一號中壓安注系統(tǒng)單獨運行切換為中、低壓安注系統(tǒng)同時運行和冷管段安注切換至冷、熱管段同時安注兩種瞬態(tài)工況進行了仿真。仿真結果表明,軟件能夠比較穩(wěn)定地仿真復雜并聯(lián)管網拓展支路的過程,具備模擬復雜管網系統(tǒng)的能力。