核动力装置二回路蒸汽系统仿真研究

论文摘要

核动力装置二回路蒸汽系统仿真是核动力装置实时、全范围、全功能仿真机研制工作的重要组成部分。本文以二回路蒸汽系统为仿真对象，建立并验证了动态仿真数学模型。论文完成的主要工作及取得的成果如下： (1)大直径饱和蒸汽管道属于有源热工部件。管道工质由于有一定湿度存在，并且管道容积惯性较大，两相之间存在比较强烈的质量、能量交换，管内是非稳态热力过程。本文对这类部件建立了两相非平衡箱体数学模型。 (2)小直径饱和蒸汽管道属于无源热工部件。由于管径小，工质流动速度快，可以不考虑管内两相工质间的相互作用。本文对这类部件建立了单相可压缩流体网络模型。 (3)针对单相可压缩流体网络模型提出了饱和蒸汽网络节点散热修正方法，可以用于核电站等大型蒸汽管网的仿真计算。 (4)分析了汽轮机中湿蒸汽的非平衡流动特性，提出湿蒸汽在叶栅中的流动可以看作为两个阶段：叶栅内的湿蒸汽非平衡流动和叶栅后穿越凝结冲波的流动。建立了由两相流体质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程，过热蒸汽关系式、压降关系式、激波前后关系式及其它两相流关系式组成的动态仿真数学模型，模型形式为非线性方程组。 (5)建立了基于质量守恒和能量守恒的水膜闪蒸数学模型，可以用于仿真计算水膜厚度对汽轮机甩负荷的影响。 文中分别以核动力船舶二回路蒸汽系统和核电站汽轮机为仿真对象计算了若干仿真算例，验证了模型在各种工况下的适应性。结果表明，模型实现了基于物理过程计算汽轮机级效率，两相工质的湿度、压力和温度，汽流运动方向及速度等参数；稳态工况下仿真值误差均达到了仿真机精度要求；动

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 仿真对象简介
• 1.2 课题的目的及意义
• 1.2.1 核动力装置仿真的重要性与必要性
• 1.2.2 二回路蒸汽系统仿真的地位与作用
• 1.3 研究现状和目前存在的问题
• 1.3.1 饱和蒸汽管内流动仿真的研究现状及存在的问题
• 1.3.2 湿蒸汽轮机仿真的研究现状和存在的问题
• 1.4 系统的仿真模块划分方法
• 1.5 本文的工作内容
• 第2章 饱和蒸汽管内流动动态仿真数学模型
• 2.1 两相非平衡箱体数学模型及求解方法
• 2.2 单相可压缩流体网络数学模型及求解方法
• 2.2.1 理想条件下节点参数计算
• 2.2.2 修正计算
• 2.3 本章小结
• 第3章 湿蒸汽汽轮机动态仿真数学模型
• 3.1 模型的理论基础
• 3.2 叶栅两相流的质量守恒方程
• 3.3 叶栅两相流的动量方程
• 3.4 叶栅两相流的能量方程
• 3.5 叶栅两相流动的压力损失
• 3.6 湿蒸汽非平衡状态拟合关系式
• 3.7 气流出口角的计算
• 3.7.1 静叶栅出口气流角的计算
• 3.7.2 动叶栅出口气流角的计算
• 3.8 汽流穿越凝结冲波的控制方程组
• 3.9 轮周功及效率修正
• 3.10 汽轮机进汽量计算
• 3.10.1 调节级
• 3.10.2 非调节级
• 3.11 水膜闪蒸计算
• 3.12 本章小结
• 第4章 仿真计算与分析
• 4.1 求解步骤、算法及仿真支撑平台
• 4.2 核动力船舶蒸汽系统动态仿真计算
• 4.2.1 仿真对象简介
• 4.2.2 主蒸汽管道管内流动仿真计算
• 4.2.3 流网仿真计算
• 4.2.4 主汽轮机仿真计算
• 4.3 核电站汽轮机仿真计算
• 4.3.1 仿真对象简介
• 4.3.2 叶栅非平衡流动仿真计算
• 4.3.3 关于模型应用的几点讨论
• 4.3.4 甩负荷工况仿真计算
• 4.4 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历
• 附录A
• 附录B
• 附录C