扈然
【摘 要】通常情況下,環(huán)形通道被設(shè)置在壓水堆壓力容器內(nèi),而引起嚴(yán)重安全事故的就是在環(huán)形通道內(nèi)的氣流循環(huán)問(wèn)題,氣流主要來(lái)自于絕熱層內(nèi)側(cè)與下封頭外側(cè)之間,被稱(chēng)為兩項(xiàng)自然循環(huán)。國(guó)內(nèi)已經(jīng)研究出了運(yùn)用FORTRAN語(yǔ)言來(lái)分析自然循環(huán)情況的應(yīng)用程序,結(jié)合一系列的科學(xué)計(jì)算公式,對(duì)空泡份額以及流量進(jìn)行計(jì)算,以此來(lái)證實(shí)該程序的實(shí)踐操作性,該程序被定義為ERVC系統(tǒng),通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明,ERVC系統(tǒng)能夠有效地對(duì)熱工水力及其結(jié)構(gòu)展開(kāi)分析。
【關(guān)鍵詞】壓力容器 外部冷卻 兩相自然循環(huán) 理論分析
當(dāng)壓力容器在外力的作用下,而發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí),堆芯就會(huì)出現(xiàn)熔化現(xiàn)象,如果想要將熔融物保留在容器內(nèi),外部冷卻是其中最為有效的方式。容器的外部冷卻就是前文中提到的ERVC,而熔融物滯留則被稱(chēng)為IVR,IVR是通過(guò)沸騰換熱來(lái)實(shí)現(xiàn)的,在整體IVR過(guò)程中,兩相自然循環(huán)的順暢性是其中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。
1 ERVC理論模型工作機(jī)理
了解ERVC系統(tǒng)工作機(jī)理保證該系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)和前提,如果水面超過(guò)堆腔深度,內(nèi)容池中釋放出的熱量就能夠使絕熱層間隙中的水發(fā)生沸騰,水蒸氣就會(huì)沿絕熱層間隙上升,而從出口排出后,通過(guò)冷卻液化成水流,重新回到料水箱。同時(shí),受熱流體在經(jīng)過(guò)排水坑之后,最終回到堆腔內(nèi),形成了自然循環(huán)冷卻[1]。
2一維穩(wěn)態(tài)模型
ERVC系統(tǒng)只能在低壓環(huán)境下進(jìn)行工作,工作壓力要保持在0.1到0.4MPa之間。容器內(nèi)的水蒸氣所受的重力和離心力在兩相流動(dòng)時(shí)是同向的,基于本文的研究目的,通過(guò)公式計(jì)算ERVC系統(tǒng)中的兩相流量。
Pinuinain=Pcucac=Poutuoutaout=G (1)
Pcucac(hTP-hI)=qc (2)
由質(zhì)量含汽率的定義,可知
Xc=qc -hsubPcucac/hlgPcucac (3)
由動(dòng)量守恒,可知
-dP/dz=PTPg+(-dP/dz)fr+(-dP/dz)fo+(-dP/dz)a (4)
(-dP/dz)fr代表的是摩擦壓降梯度,(-dP/dz)fo代表的是形阻壓降梯度,(-dP/dz)a 代表的是加速度壓降梯度[2]。
針對(duì)絕熱層流道積分的公式可以表示為
(-dP/dz)dz=PTPgdz+(-dP/dz)frdz+(-dP/dz)fodz+
(-dP/dz)adz=0 (5)
混合物質(zhì)的密度不會(huì)隨著兩相的位置而發(fā)生改變,從公式(4)可知流體的線(xiàn)速度也在質(zhì)量守恒的影響下保持不變,PTPgdz對(duì)加熱,上升以及絕熱層外側(cè)三段進(jìn)行積分,可以得到
PTPgdz=oLhTPgdz+LhLPoutgdz+L+Lhigdz=-oL+Lh(i-Pout-TP)gdz=(L+Lh)g(1.5Pout-0.5Pin) (6)
Pout=TP=Pis/(1+xcP/Pgs) (7)
在公式(7)中,Pis代表飽和水的密度,而Pgs代表飽和汽的密度,P表示二者的密度差[3]。
由公式(3)和(7),可知
Pc=ucacPisPgshlg/ucac(Pgshlg-Phsub) (8)
由公式(3)和(8),可知
Xc=qcPgs-ucacPisPgshsub/ucacPisPgshlg-qcP (9)
由公式(6)和(9),可知
PTPgdz=(L+Lh)g[1.5(uoutaoutPisPgshlg-qcP)/uoutaout(Pgshlg-Phsub)-0.5Pin] (10)
3 ERVC系統(tǒng)穩(wěn)定性理論分析
通常情況下,ERVC系統(tǒng)的穩(wěn)定性受冷卻水狀態(tài)的影響較大,如果壓力容器流道內(nèi)冷卻水沸騰,就會(huì)直接引起ERVC系統(tǒng)的不穩(wěn)定,導(dǎo)致壓力容器內(nèi)部冷卻水在流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生震蕩,從冷卻水震蕩的實(shí)質(zhì)來(lái)看,這種震蕩是由閃蒸現(xiàn)象所致。一般把流體在沒(méi)有熱源供應(yīng)時(shí),依然出現(xiàn)空泡的現(xiàn)象稱(chēng)為閃蒸。
自然循環(huán)回路中具有冷卻水加熱的功能,而當(dāng)壓力容器處于低功率運(yùn)行時(shí),這種加熱并不會(huì)使其達(dá)到飽和。事實(shí)上,容器內(nèi)部液體飽和狀狀態(tài)受壓力影響較為明顯。閃蒸現(xiàn)象的發(fā)生在一定程度上降低了容器內(nèi)部的壓力,進(jìn)而影響流量變化。容器內(nèi)絕熱段冷卻劑的溫度與流量變化有著直接的關(guān)系,冷卻劑溫度下降,說(shuō)明流量變大,當(dāng)閃蒸停止時(shí),流量也會(huì)隨即變小,使冷卻劑溫度增加,于是進(jìn)入了下一個(gè)循環(huán)。閃蒸所引起的循環(huán)過(guò)程影響了容器內(nèi)部的壓力和驅(qū)動(dòng)力的差值的變化,整個(gè)系統(tǒng)也會(huì)因此呈現(xiàn)出極強(qiáng)的不穩(wěn)定性。
4結(jié)語(yǔ)
本文利用ERVC系統(tǒng)建造出了一維穩(wěn)態(tài)模型,通過(guò)科學(xué)的計(jì)算公式了解并驗(yàn)證了不同熱工水力和結(jié)構(gòu)參數(shù)與自然循環(huán)流量之間的關(guān)系,這樣,就能夠更好地為壓力容器外部冷卻兩相自然循環(huán)提供可靠的理論指導(dǎo),從而降低安全事故的發(fā)生頻率,提高工作效能。
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