海洋條件下非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)運(yùn)行特性

李小輝，王暢，譚思超

1中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢430064

2哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001

海洋條件下非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)運(yùn)行特性

李小輝1，王暢1，譚思超2

1中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢430064

2哈爾濱工程大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001

在海洋條件下，非能動(dòng)安全系統(tǒng)受船舶運(yùn)動(dòng)的影響，將產(chǎn)生隨時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的附加慣性力，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行特性發(fā)生變化。基于自編譯系統(tǒng)程序，建立適用于海洋條件下非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)運(yùn)行特性分析的數(shù)學(xué)模型，分別對海洋條件下六自由度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的系統(tǒng)運(yùn)行特性進(jìn)行了計(jì)算分析。研究結(jié)果表明：搖擺運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)發(fā)生周期性的波動(dòng)，并削弱系統(tǒng)的自然循環(huán)能力，其中橫搖對系統(tǒng)運(yùn)行特性的影響最為突出；而在橫蕩與垂蕩工況下，盡管海洋條件引入的附加力會(huì)引起系統(tǒng)流量波動(dòng)，但對系統(tǒng)流量的平均值并不會(huì)產(chǎn)生影響。此外，研究還表明，在所分析的運(yùn)動(dòng)參數(shù)譜的范圍內(nèi)，提出的非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)能正常導(dǎo)出堆芯余熱。

海洋條件；非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)；自然循環(huán)

0 引 言

非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)在核反應(yīng)堆停堆后，依靠自然循環(huán)導(dǎo)出堆芯余熱，提高核動(dòng)力裝置的可靠性和固有安全性，從而達(dá)到保護(hù)反應(yīng)堆安全的目的。而核動(dòng)力船舶在航行中，船體受到風(fēng)、浪、流等影響以及自身機(jī)動(dòng)動(dòng)作，產(chǎn)生的一系列運(yùn)動(dòng)會(huì)使流體的流動(dòng)和傳熱特性發(fā)生變化，從而影響到非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的正常運(yùn)行［1-4］。在海洋條件下，非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)能否有效地排出堆

芯余熱、實(shí)現(xiàn)安全停堆對船舶的安全至關(guān)重要，因此，開展相關(guān)研究具有重要的意義［5-7］。

本文將以俄羅斯核動(dòng)力破冰船KLT-40S反應(yīng)堆［8］為非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的使用對象，針對韓國原子能研究院開發(fā)的SMART反應(yīng)堆［9］二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)在海洋環(huán)境下的運(yùn)行特性進(jìn)行分析。

1 非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)方案

SMART反應(yīng)堆二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)原理如圖1所示，系統(tǒng)由余熱排出換熱器、應(yīng)急冷卻水箱、啟動(dòng)補(bǔ)水箱以及相應(yīng)的管道和閥門組成。在反應(yīng)堆停堆后，由于堆芯衰變熱的持續(xù)釋放，一回路的高溫高壓冷卻劑在自然循環(huán)作用下流經(jīng)蒸汽發(fā)生器一次側(cè)，將反應(yīng)堆余熱導(dǎo)出。

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水被加熱后，持續(xù)產(chǎn)生的蒸汽在自然循環(huán)驅(qū)動(dòng)力下流動(dòng)到位于緩沖水箱內(nèi)的余熱排出換熱器，傳熱管內(nèi)的蒸汽被水箱內(nèi)的水冷凝后，在自然循環(huán)重位差的作用下，自動(dòng)流回蒸汽發(fā)生器二次側(cè)，通過往復(fù)循環(huán)排出堆芯熱量。水箱內(nèi)達(dá)到一定溫度后，依靠水箱儲(chǔ)存水的沸騰蒸發(fā)作用將堆芯熱量排入環(huán)境（圖1）。

圖1 SMART反應(yīng)堆非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)原理圖Fig.1 Schematic diagram of passive residual heat removal system of SMART

2 系統(tǒng)模型

海洋條件是指船舶在海洋中航行時(shí)，受到風(fēng)、浪、流等影響，產(chǎn)生傾斜、艏搖、橫搖、縱搖、垂蕩、橫蕩、縱蕩等一系列運(yùn)動(dòng)，此外，船舶自身的機(jī)動(dòng)也可能引起上述形式的運(yùn)動(dòng)（圖2）。對于航行中的船舶，艏搖、橫搖、縱搖、垂蕩、橫蕩、縱蕩等運(yùn)動(dòng)可能會(huì)對船舶及船用設(shè)備產(chǎn)生較大的影響。

圖2 船舶在海洋條件下的六自由度運(yùn)動(dòng)Fig.2 Six degrees-of-freedom motion of a ship under marine condition

為了分析海洋條件下非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的運(yùn)行特性，針對系統(tǒng)進(jìn)行以下簡化與假設(shè)：

1）流動(dòng)特性采用一維計(jì)算模型；

2）兩相流采用均相流模型；

3）液體不可壓縮；

4）忽略壓力所做的功；

5）忽略粘性耗散；

6）反應(yīng)堆主冷卻劑系統(tǒng)帶走的堆芯余熱為計(jì)算的邊界條件；

7）由守恒方程耦合求解得到的自然循環(huán)流量即為給水量。

2.1 質(zhì)量守恒方程

單相流體的質(zhì)量守恒方程為

式中：ρ為流體密度，kg/m3；W為質(zhì)量流量，kg/s；A為流通面積，m2；X為流動(dòng)方向。

對于兩相流體而言，采用均相流模型進(jìn)行處理，上式中的密度與質(zhì)量流量采用兩相混合物平均密度和質(zhì)量流量。

2.2 動(dòng)量守恒方程

非慣性坐標(biāo)系下，流體微團(tuán)動(dòng)量守恒方程的積分形式可表示為［10-11］

式中：f為質(zhì)量力，N/kg；a0為平移加速度，m/s2；u為流體微團(tuán)的速度，m/s；τ為某時(shí)刻的流體微團(tuán)的體積；pn為作用于流體微團(tuán)表面上的力，N/m2；A為控制體表面積，m2；r為流體微團(tuán)距離旋轉(zhuǎn)軸的距離，式中上標(biāo)表示各物理量是在非慣性坐標(biāo)系中測量得到。分別為法向附加加速度、切向附加加速度和科氏加速度。

將流體微團(tuán)的動(dòng)量方程在整個(gè)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)回路積分，可得

式中：li為管長，m；D為全微分符號；um，i為第i段管的截面平均速度，m/s；右邊3項(xiàng)依次為驅(qū)動(dòng)壓頭，阻力壓降和附加慣性壓降，Pa。

2.3 能量守恒方程

在能量方程中，重力及動(dòng)能變化所做的功對流體能量平衡的貢獻(xiàn)不大，在計(jì)算中可以忽略。無內(nèi)熱源時(shí)，能量方程可表示為

式中：H和P分別為控制體的焓和壓力；qU/A表示從控制體表面?zhèn)鬟f給控制體的能量。

余熱排出換熱器的換熱過程主要分成4個(gè)部分：換熱管內(nèi)單相流體的對流換熱；換熱管內(nèi)蒸汽的凝結(jié)換熱；換熱管的管壁導(dǎo)熱；換熱管外的大空間自然對流換熱。

換熱管內(nèi)管壁的能量方程可表示為

式中：qf為流體傳給壁面的能量；qs為壁面通過導(dǎo)熱帶走的能量；Twi為管內(nèi)壁溫度；ρw為管壁材料密度；Cp為比熱容。

換熱管外管壁的能量方程可表示為

式中：qh為管外側(cè)的大空間自然對流換熱帶走的能量，kW；Two為管外壁溫度。

2.4 換熱及阻力模型

單相流體與管壁進(jìn)行對流換熱，換熱系數(shù)的計(jì)算采用Dittus-Boelter公式［10］

式中：Re為雷諾數(shù)；Pr為普朗特?cái)?shù)。式（7）適用于Re＞4 000的旺盛湍流區(qū)，對于流體被冷卻工況，n=0.3。

余熱排出換熱器內(nèi)蒸汽冷凝采用Shah提出的適用于水平管、豎管和傾斜管的管內(nèi)凝結(jié)換熱綜合計(jì)算公式［10］。當(dāng)管道入口處全部為飽和蒸汽和出口完全凝結(jié)為液體時(shí)

式中：hfo為Dittus-Boelter公式求出的將氣液兩相混合物總質(zhì)量流率等價(jià)為管內(nèi)全部為液體時(shí)的單相流體換熱系數(shù)。

換熱管外側(cè)的換熱形式主要是緩沖水箱中水的自然對流換熱，將其視為純單相的大空間內(nèi)自然對流［11］

式中，Gr為格拉曉夫數(shù)。

阻力壓降計(jì)算的關(guān)鍵是確定損失系數(shù)K的大小，K是摩擦、局部、轉(zhuǎn)彎、擴(kuò)張和收縮等造成的損失系數(shù)之和。

2.5 數(shù)值解法及程序編制

本文將應(yīng)用迎風(fēng)差分的數(shù)值方法離散求解系統(tǒng)熱工水力狀態(tài)數(shù)學(xué)模型的非線性偏微分方程組，基于Matlab平臺(tái)編制計(jì)算程序，可模擬靜止工況及所有運(yùn)動(dòng)形式下的系統(tǒng)運(yùn)行特性。

3 運(yùn)行特性分析

針對非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)在靜止及海洋環(huán)境下的運(yùn)行特性進(jìn)行比較分析，探討海洋環(huán)境對非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的影響。其中船舶在海洋環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)參數(shù)選取原則參考GJB 1060.1艦船環(huán)境條件要求機(jī)械環(huán)境，分別選取各運(yùn)行狀態(tài)下最惡劣及影響相對較弱的運(yùn)動(dòng)工況進(jìn)行比較。

3.1 靜止?fàn)顟B(tài)運(yùn)行特性

系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，堆芯衰變熱功率qv按照滿功率的3%計(jì)算，因此，蒸汽發(fā)生器的蒸汽產(chǎn)量為

式中：Hout為蒸汽發(fā)生器壓力下飽和蒸汽焓值；Hin為蒸汽發(fā)生器入口給水焓值。

靜止?fàn)顟B(tài)下非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的給水量與蒸汽流量如圖3所示，給水量的變化規(guī)律在總體趨勢上與蒸汽產(chǎn)量一致，但由于系統(tǒng)運(yùn)行過程中驅(qū)動(dòng)力一直比阻力大，給水量始終保持在比蒸汽產(chǎn)量略高的水平，系統(tǒng)運(yùn)行450 s后，蒸汽產(chǎn)量與給水量基本保持不變。因此，所設(shè)計(jì)的非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)能夠安全導(dǎo)出堆芯余熱。

3.2 海洋條件下運(yùn)行特性

1）橫搖運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

對于橫搖周期10 s，振幅25°的運(yùn)動(dòng)工況，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。橫搖條件下，由于系統(tǒng)的附加力與阻力隨橫搖周期呈現(xiàn)周期性變化，搖擺驅(qū)動(dòng)力的波動(dòng)周期是搖擺周期的一半，附加慣性力的波動(dòng)周期與搖擺周期相同。因此，除了給水量呈現(xiàn)小幅波動(dòng)且與波動(dòng)周期與搖擺周期相同外，還會(huì)出現(xiàn)在一個(gè)波動(dòng)周期內(nèi)給水流量明顯的雙峰現(xiàn)象。

圖3 靜止?fàn)顟B(tài)下非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)流量Fig.3 Mass flow rate of passive residual heat removal system under static condition

圖4 橫搖狀態(tài)下非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)流量Fig.4 Mass flow rate of passive residual heat removal system under rolling condition

將橫搖情況下的給水量與靜態(tài)工況相比，可以得出，搖擺條件下的給水量的均值比正常運(yùn)行工況下小，搖擺引起自然循環(huán)回路平均重位壓降的降低，且由于附加慣性力的存在，搖擺會(huì)削弱系統(tǒng)的自然循環(huán)能力。

橫搖運(yùn)動(dòng)工況下，非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)投入運(yùn)行后的570～590 s階段，系統(tǒng)流量與靜止?fàn)顟B(tài)對比如表1所示。當(dāng)橫搖周期一定時(shí)，流量均值隨著橫搖振幅的增大而減小，振幅越大，流量的波動(dòng)幅度也越大。當(dāng)橫搖振幅一定時(shí)，流量均值不變，周期越小，流量波動(dòng)幅度越大。

表1 橫搖運(yùn)動(dòng)時(shí)系統(tǒng)流量與靜止?fàn)顟B(tài)對比結(jié)果（570～590 s）Tab.1 Comparison between rolling and static conditions

2）縱搖運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

對于縱搖周期10 s、幅度4°運(yùn)動(dòng)工況，系統(tǒng)內(nèi)的流量變化規(guī)律如圖5所示，非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)內(nèi)的蒸汽產(chǎn)量和給水量的變化趨勢相對比較平緩，雖然有輕微的波動(dòng)，但并沒有出現(xiàn)類似橫搖狀態(tài)下的雙峰現(xiàn)象。同時(shí)，與靜止?fàn)顟B(tài)相比，縱搖條件對給水量的影響也相對較小。

圖5 縱搖狀態(tài)下非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)流量Fig.5 Mass flow rate of passive residual heat removal system under pitching condition

縱搖運(yùn)動(dòng)工況下，非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)投入運(yùn)行后的570～590 s階段，系統(tǒng)流量與靜止?fàn)顟B(tài)對比如表2所示。當(dāng)縱搖振幅一定、縱搖周期發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的平均流量基本不變，但縱搖周期越大，流量的波動(dòng)幅度越小。

表2 縱搖運(yùn)動(dòng)時(shí)系統(tǒng)流量與靜止?fàn)顟B(tài)對比計(jì)算結(jié)果（570～590 s）Tab.2 Comparison between pitching and static conditions

3）艏搖運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

如圖6所示，對于艏搖周期10 s、幅度3°工況，非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)內(nèi)的流量變化規(guī)律與靜止?fàn)顟B(tài)基本一致。

通過對系統(tǒng)的布置進(jìn)行分析可知，非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)回路所在平面與船舶甲板所在的平面垂直，并且與船舶前進(jìn)方向垂直。因此，艏搖條件下，系統(tǒng)回路各段的相對高度不發(fā)生變化，重位壓差不變，即驅(qū)動(dòng)壓頭不變。且由于艏搖幅度較小，附加慣性力受艏搖的影響也極其微弱。

艏搖運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)投入運(yùn)行后的570～590 s階段，系統(tǒng)給水流量如表3所

示。和靜止?fàn)顟B(tài)下流量對比，艏搖對非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的運(yùn)行基本沒有影響。給水流量均值與靜止?fàn)顟B(tài)一致，流量波動(dòng)幅度很小。

圖6 艏搖狀態(tài)下非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)流量Fig.6 Mass flow rate of passive residual heat removal system under yawing condition

表3 艏搖運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)流量與靜止?fàn)顟B(tài)對比計(jì)算結(jié)果（570～590 s）Tab.3 Comparison between yawing and static conditions

4）橫蕩運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

如圖7所示，橫蕩運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下系統(tǒng)受到的附加慣性力與搖擺條件下類似，但橫蕩運(yùn)動(dòng)僅引入一個(gè)附加慣性力，該力的周期與運(yùn)動(dòng)周期一致。平移運(yùn)動(dòng)引入的位置變化的影響與搖擺運(yùn)動(dòng)不同，平移運(yùn)動(dòng)并不改變回路的附加壓降，因此與搖擺狀態(tài)下的現(xiàn)象不同，在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)，給水量不會(huì)出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象。

圖7 橫蕩狀態(tài)下非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)流量Fig.7 Mass flow rate of passive residual heat removal system under swaying condition

橫蕩運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)投入運(yùn)行后的570～590 s階段，系統(tǒng)給水流量如表4所示。與靜止?fàn)顟B(tài)相比，由于橫蕩狀態(tài)下的驅(qū)動(dòng)壓頭均值未發(fā)生變化，因此給水流量的均值也不改變。但流量的波動(dòng)幅度與橫蕩周期成反比，且與搖擺狀態(tài)相比，橫蕩狀態(tài)下的波動(dòng)幅度更大。

表4 橫蕩運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)流量與靜止?fàn)顟B(tài)對比計(jì)算結(jié)果（570～590 s）Tab.4 Comparison between swaying and static conditions

5）垂蕩運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

如圖8所示，垂蕩運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的流量變化特性與橫蕩狀態(tài)類似，給水量的波動(dòng)周期與運(yùn)動(dòng)周期完全一致。

圖8 垂蕩狀態(tài)下非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)流量Fig.8 Mass flow rate of passive residual heat removal system under heaving condition

不同垂蕩運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的流量變化特性比較如表5所示，與橫蕩運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的結(jié)論一致，垂蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)，給水流量的平均值與靜止?fàn)顟B(tài)相同，但給水流量的波動(dòng)幅度隨垂蕩周期增加而減小。

表5 垂蕩運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)流量與靜止?fàn)顟B(tài)對比計(jì)算結(jié)果（570～590 s）Tab.5 Comparison between heaving and static conditions

4 結(jié) 論

本文針對SMART反應(yīng)堆二回路非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)方案在海洋條件下的適用性進(jìn)行了分析，通過建立分析模型，分別對海洋條件多個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)行特性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：

1）在所計(jì)算參數(shù)譜的范圍內(nèi)，SMART二回路非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的自然循環(huán)能力受海洋條件影響較小，在系統(tǒng)投入運(yùn)行之后，堆芯衰變熱均能被非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)導(dǎo)出。

2）橫搖、縱搖與艏搖對系統(tǒng)運(yùn)行的影響程度跟系統(tǒng)管路的布置方式有關(guān)。對于本系統(tǒng)而言，由于系統(tǒng)回路所在平面與水平面垂直，并且與船舶前進(jìn)方向垂直，因此，在橫搖及縱搖條件下，重位壓差隨著搖擺變化，驅(qū)動(dòng)壓頭會(huì)有波動(dòng)并導(dǎo)致流量波動(dòng)；在艏搖條件下，系統(tǒng)回路的重位壓差并不隨搖擺發(fā)生變化，但由于附加壓降的存在，流量也會(huì)發(fā)生波動(dòng)。

3）搖擺運(yùn)動(dòng)會(huì)削弱系統(tǒng)的自然循環(huán)能力，并導(dǎo)致運(yùn)行參數(shù)發(fā)生周期性的波動(dòng)。其中，橫搖運(yùn)動(dòng)對系統(tǒng)運(yùn)行的影響最為突出，縱搖和艏搖對系統(tǒng)運(yùn)行特性的影響相對較小。

4）在橫蕩與垂蕩工況下，盡管非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的流量發(fā)生顯著的波動(dòng)，且波動(dòng)幅度隨船舶運(yùn)動(dòng)劇烈程度增加而增大，但非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的平均流量并未發(fā)生改變。

［1］ MURATA H，SAWADA K I，KOBAYASHI M.Natural circulation characteristics of a marine reactor in rolling motion and heat transfer in the core［J］.Nuclear Engineering and Design，2002，215（1/2）：69-85.

［2］ WANG C，LI X H，WANG H，et al.Experimental study on single-phase heat transfer of natural circulation in circular pipe under rolling motion condition［J］. Nuclear Engineering and Design， 2014， 273：497-504.

［3］ ISHIDA T，YORITSUNE T.Effects of ship motions on natural circulation of deep sea research reactor DRX［J］.Nuclear Engineering and Design，2002，215（1/2）：51-67.

［4］ 鄭福明，王暢.搖擺運(yùn)動(dòng)對過冷沸騰傳熱特性影響的機(jī)理分析［J］.中國艦船研究，2015，10（1）：121-125. ZHENG Fuming，WANG Chang.Mechanism analysis of heat transferring characteristic in sub-cooled boiling under rolling motion［J］.Chinese Journal of Ship Research，2015，10（1）：121-125.

［5］ 秋穗正，周濤，郭玉君，等.AC600應(yīng)急堆芯余熱排出系統(tǒng)建模與動(dòng)態(tài)仿真［J］.核動(dòng)力工程，1999，20（4）：142-147. QIU Huizheng，ZHOU Tao，GUO Yujun，et al.Modeling and dynamic simulation for emergen residual heat removal system of AC 600［J］.Nuclear Power Engineering，1999，20（4）：142-147.

［6］ 高璞珍，龐鳳閣，王兆祥.核動(dòng)力裝置一回路冷卻劑受海洋條件影響的數(shù)學(xué)模型［J］.哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，18（1）：24-27. GAO Puzhen，PANG Fengge，WANG Zhaoxiang. Mathematical model of primary coolant in nuclear power plant influenced by ocean conditions［J］.Journal of Harbin Engineering University，1997，18（1）：24-27.

［7］ 蘇光輝，張金玲，郭玉君，等.海洋條件對船用核動(dòng)力堆余熱排出系統(tǒng)特性的影響［J］.原子能科學(xué)技術(shù)，1996，30（6）：487-491. SU Guanghui，ZHANG Jinling，GUO Yujun，et al.Effects of ocean conditions upon the passive reisidual heat removal system（PRHRS）of ship reactor［J］. Atomic Energy Science and Technology，1996，30（6）：487-491.

［8］ IAEA.Floating nuclear energy plants for seawater desalination［C］//Proceedings of a Technical Committee meeting，Russian Federation.Bethesda，Maryland：Congressional Information Service，Inc.，1998.

［9］ PARK H S，CHOI K Y，CHO S C，et al.Experimental investigations on the heat transfer characteristics in a natural circulation loop for an integral type reactor［J］. International Communications in Heat and Mass Transfer，2011，38（1）：1232-1238.

［10］ 蘇光輝，秋穗正，田文喜.核動(dòng)力系統(tǒng)熱工水力計(jì)算方法［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2013.

［11］ 楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)（BZ）（TB）［M］.4版.北京：高等教育出版社，2010.

［12］ 于雷，鄢炳火，李勇全.船用核動(dòng)力裝置非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)運(yùn)行特性研究［C］//中國核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告，中國核學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集：第1卷，第3冊.北京：中國核學(xué)會(huì)，2009.

［13］ 譚思超，龐鳳閣，高璞珍.搖擺對自然循環(huán)傳熱特性影響的實(shí)驗(yàn)研究［J］.核動(dòng)力工程，2006，27（5）：33-36，69. TAN Sichao，PANG Fengge，GAO Puzhen.Experimental research of effect of rolling upon heat transfer characteristic of natural circulation［J］.Nuclear Power Engineering，2006，27（5）：33-36，69.

Operational characteristics of the passive residual heat removal system under marine conditions

LI Xiaohui1,WANG Chang1,TAN Sichao2

1 China Ship Development and Design Center,Wuhan 430064，China

2 College of Nuclear Science and Technology,Harbin Engineering University,Harbin 150001，China

Passive safety systems will be affected by ship motion and the introduced additional inertial force which varies with the time and space as it operates in marine conditions.To study the transient operational characteristics,a mathematical model of the Passive Residual Heat Removal System(PRHRS)was established and a simulation program developed.Six degrees-of-freedom motion was investigated respectively,and the results show that the natural circulation capacity of PRHRS decreases and flow rate oscillates due to marine conditions,while the rolling motion has the greatest impact.However,the swaying and heaving motion has no effect on the average flow rate of PRHRS though the observed flow rate oscillation. In addition,the results also show that the PRHRS system can start normally and remove the residual heat from the nuclear reactor within the calculated parameter region.

marine conditions；passive residual heat removal system；natural circulation

U664.15

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.017

2015-07-21

時(shí)間：2016-11-18 15:19

李小輝（通信作者），男，1982年生，碩士，高級工程師。研究方向：船舶核動(dòng)力裝置。E-mail：mars701@163.com

http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.tj.20161118.1519.034.html 期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com

李小輝，王暢，譚思超.海洋條件下非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)運(yùn)行特性［J］.中國艦船研究，2016，11（6）：112-117. LI Xiaohui,WANG Chang,TAN Sichao.Operational characteristics of the passive residual heat removal system under marine condition［sJ］.Chinese Journal of Ship Research，2016，11（6）：112-117.