船舶动力堆中稳压器的改进研究

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1、船舶动力堆中稳压器的改进研究摘要本文基于一体化反应堆结构的需要，建立了氮气稳压器调节系统的数学模型，研究了冷却剂平均温度阶跃变化±3℃时的氮气稳压器的压力调节系统的自调特性，并与以往的蒸汽式稳压器进行了比较，验证了数学模型的正确性。关键词稳压器数学模型仿真0概述在压水堆中稳压器是用来保护系统和控制一回路压力的一个重要设备。传统的蒸汽式稳压器是以饱和水和水蒸气为介质，利用汽相空间的缓冲、电加热器及喷雾器维持和调节反应堆主回路系统的压力，稳压器通过底部的波动管与反应堆的一回路主管道相连。我们这里基于一体化反应堆结构的需

2、要做了一定的改进，利用稳定性气体氮气的可压缩性和填充量来调节系统的压力，取代了原来的蒸汽式稳压器中的电加热器和喷雾管阀，其结构简单，响应动作快，降低了维护和制造的费用，更加适用于一体化反应堆的布置。对于氮气式稳压器，其工作原理同传统的蒸汽式稳压器相似，当一回路载热剂平均温度上升时，载热剂体积膨胀，使一回路的压力上升，稳压器利用其内部的稳定性气体氮气的可压缩性，及时地吸收部分载热剂，在压力上升到超出压力允许的范围的时候，将在压力的驱动下自动打开卸压阀，排出一定的高压气体来维持系统的压力，降低系统压力继续上升的趋势，避免事故的发生；

3、相反，当一回路中载热剂平均温度下降时，载热剂体积收缩，使一回路压力下降，这时稳压器中一部分高压水通过波动管流入一回路中，在压力下降到下限值时，将自动打开进气阀使高压氮气流入稳压器的压力空间，补充压力的下降，使压力维持在恒定附近允许的范围之内。1氮气稳压器的数学模型假设由于实际中的稳压器的动态过程是个极其复杂的的过程，所以我们不可能建立完全精确的数学模型，而且稳压器内始终保持着很高的压力值，水区的液柱静压与之相比很小，介质在径向不存在质量交换，并且容器壁又具有一定的绝热能力，同时为了研究的简便，本文作了如下的假设：①经波动管流入的

4、波动水与控制体二中的介质水完全混合；②稳压器器壁的热交换量忽略不计；③气水分界面介质的冷凝和蒸发量忽略不计；④控制体内的气、水的状态参数为集总的；⑤由于波动管的管径与管长相比较小，假定波动管内为一维单相流；⑥管内流体为不可压流体，这意味着处处流体密度相同，因为在压水堆一回路热管段内空泡份额极低，所以认为流体为不可压缩的液体。1.1质量守恒方程(1)(2)1.2能量守恒方程(3)(4)(5)(6)1.3总体积守恒方程(7)(8)(9)(10)(11)压力公式(12)1.5水位公式=(13)各公式中所用的符号及其意义如下：是外界与控

5、制体间热交换率(J/s)，(i=1,2)为控制体内的介质的质量(kg)，为控制体的输入质量流量(kg/s)，为控制体的输出质量流量(kg/s)，h为控制体的比焓值(J/kg)，为氮气的输入量(kg/s)，为氮气的输出量(kg/s)，为水的波动量(kg/s)，(i=1,2)为内能(J)，(i=1,2)为控制体的气、水空间的体积(m3)，为控制体氮气的焓值(J/kg)，(i=1,2)为控制体的体积变化量(m3/s)，为氮气的进气焓值，为波动水的焓值(J/kg)，（i＝1，2）为控制体的氮气和水的比容(m3/kg)，V为氮气稳压器的总

6、体积(m3)。1.6载热质热力性质1.6.1氮气的热力性质(14)(15)(16)(17)(18)(19)1.6.2过冷水的热力性质(20)(21)以上各公式中的各个已知物理量的值如下：MN2=0.0280，tb=-195.80，tm=-210.0，R=296.78，pcr=3.396，ρcr=304，A0=1.7357110²J•m3/kg2，a=9.3410910-4m³/kg，B0=1.7751110-3m³/kg，b=-2.4664510-4m³/kg,c=1.4

7、991410³m³•K³/kg，H0=-8028.61，b0=3.771078，b1=-1.93906510-3，b2=4.28766410-6，b3=-2.81095610-9，b4=6.26020510-13。以上各公式中所用的符号及其意义如下:为对应控制体的比容(m3/kg)，Tol)，tb为氮气在标准大气压下的沸点(℃)，tm为氮气在标准大气压下的熔点(℃)，R为气体常数(J/kg•K)，pcr为氮气的临界压力(Mpa)，ρcr为氮气的临界密度(kg/m³

8、;)，H0为理想气体绝对零度下的比焓值(J/kg)，分别为零压力时的定压比热和定容比热(J/kg•K)，为定容比热(J/kg•K)，为定压比热(J/kg•K)，为比容恒定时压力对温度的偏导数，为压力恒定时比容对温度的偏导数。2动态分