[发明专利]一种基于模拟核反应堆中子反应性反馈过程的热工水力实验装置的模拟核反应堆中子反应性反馈过程的控制方法

摘要

本发明提供的是一种模拟核反应堆中子反应性反馈过程的热工水力实验装置及方法。包括电加热实验段、管壳式冷却器、稳压器、充压氮气罐、循环泵、冷却水泵、冷却水池、冷却水塔、管路、阀门、测量仪表、数据采集系统、控制计算机、高频直流电源、以及导电铜排。高频直流电源通电加热实验段。循环泵通过管路与电加热实验段入口相连，循环泵布置有旁通管路，电加热实验段出口通过管路与管壳式冷却器管侧入口相连。本发明在热工水力实验装置上增加了模拟反应堆中子反应性反馈的控制系统，可以用于模拟核反应堆在各类瞬态工况下的反应性反馈过程和热工水力响应过程，具有能够在无核辐射的环境下对核反应堆中不易进行的各类实验工况进行模拟的优点。

主权项

一种基于模拟核反应堆中子反应性反馈过程的热工水力实验装置的模拟核反应堆中子反应性反馈过程的控制方法，所述模拟核反应堆中子反应性反馈过程的热工水力实验装置包括电加热实验段(1)、管壳式冷却器(2)、冷却水塔(3)、循环泵(8)、电磁流量计(9)和循环冷却水系统，其特征是：电加热实验段(1)布置于实验回路上升管段下部，电加热实验段加热壁面入口处、出口处均布置有热电偶(14)，电加热实验段出、入口通过引压管与压差计(15)相连接，循环工质在流经电加热实验段(1)时被加热，之后流过上升管段进入管壳式冷却器(2)的管侧，循环工质被流过壳侧的冷却水冷却，流出管壳式冷却器的循环工质经过下降管段进入水平管段，水平管段上布置有流量计(9)和循环泵(8)，还包括由高频直流电源(11)、数据采集系统(12)和控制计算机(13)组成的功率控制系统，流量计(9)、热电偶(14)、压差计(15)所测得的实时数据由数据采集系统(12)采集并记录，数据采集系统(12)将中子动力学计算所需的数据通过网线连接发送给控制计算机(13)，控制计算机(13)将计算得到实时功率编码为RS‑485通讯信号，并输出发送给高频直流电源(11)；其特征是：热电偶测量冷却剂平均温度和加热壁面平均温度，以冷却剂平均温度和由加热壁面平均温度推算得到的燃料温度作为温度反应性反馈的基准，以根据测量数据计算得到的平均空泡份额作为空泡反应性反馈的基准，设定冷却剂反应性系数、燃料反应性系数和空泡反应性系数计算出模拟的总中子反应性变化，将总中子反应性变化代入点堆中子动力学方程并利用离散方法实时求解，控制计算机根据计算结果实时输出功率控制信号，高频直流电源根据控制计算机输出的信号实时调整加热实验段的加热功率，实现对核反应堆中子动力学过程的模拟；控制计算机根据计算结果实时输出功率控制信号时采用集总参数模型，估算燃料元件温度变化所需的时间，并依此对加热功率进行修正，修正公式如下：ρcVAh∂Φ2∂τ=Φ1-Φ2]]>其中Φ1为核燃料元件的发热功率，Φ2为核燃料元件表面向冷却剂的传热功率，τ为时间，ρ、c、V、A分别为燃料元件的密度、比热容、体积和表面积，h为燃料元件表面平均换热系数，具有时间的量纲，称为时间常数，记为τc，其大小取决于燃料元件的热容量ρcV和其表面换热条件hA，根据实际的燃料元件参数和冷却剂流速估算时间常数τc，将Φ2作为实际功率输出，核燃料元件表面向冷却剂的传热功率的求解与点堆中子动力学方程对功率Φ1的求解保持同步，求解方法采用显式欧拉法，其求解式如下：Φ2(i+1)=Φ2(i)+ΔτAhρcV(Φ1(i)-Φ2(i))]]>其中i代表计算步数，Δτ为时间步长。