單相熱工流網(wǎng)計(jì)算軟件應(yīng)用研究

薛廣宇，馮獻(xiàn)靈

（海南核電有限公司，海南昌江 572700）

0 引言

隨著仿真技術(shù)的不斷成熟，在軍民核動(dòng)力系統(tǒng)中，大多采用流體網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱“流網(wǎng)”）仿真技術(shù)用于輔助系統(tǒng)或二回路系統(tǒng)等的研發(fā)設(shè)計(jì)與運(yùn)行仿真研究。流網(wǎng)仿真技術(shù)具有計(jì)算速度快、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，更易滿足計(jì)算過(guò)程實(shí)時(shí)性的要求。

因此，本文基于成熟的單相流網(wǎng)計(jì)算模型與算法，針對(duì)核動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了適用于可壓縮流體（以水或蒸汽為工質(zhì)）的單相熱工流網(wǎng)計(jì)算軟件，針對(duì)華龍一號(hào)中壓安注和低壓安注系統(tǒng)瞬態(tài)工況進(jìn)行了仿真應(yīng)用研究[1]。

1 應(yīng)用對(duì)象及工況概述

本文以華龍一號(hào)中壓安注和低壓安注系統(tǒng)為研究對(duì)象，選取中壓安注系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行切換為中、低壓安注系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行和冷管段安注切換至冷、熱管段同時(shí)安注兩種瞬態(tài)工況進(jìn)行了仿真計(jì)算，并將仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。根據(jù)圖1 所示的系統(tǒng)流程，可以分別形成不同工況下的流網(wǎng)系統(tǒng)[2]。

圖1 系統(tǒng)流程

圖2 工況1 系統(tǒng)流網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖3 工況2 系統(tǒng)流網(wǎng)結(jié)構(gòu)

中壓安注單獨(dú)運(yùn)行切換為中、低壓安注系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行工況（工況1）是將回流管路切換至并聯(lián)注入管路的過(guò)程，冷管段安注切換至冷、熱管段同時(shí)安注工況（工況2）是并聯(lián)管路拓展分支的過(guò)程（圖2、圖3）。

2 仿真應(yīng)用研究

2.1 工況1 仿真應(yīng)用

假設(shè)在事故工況下，RCS（反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)） 壓力由3.5 MPa，躍遷變化為1.5 MPa；根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)可知，此時(shí)中壓安注泵取水量增加，同時(shí)，由于RCS 壓力低于低壓安注泵的注入壓頭，低壓安注系統(tǒng)的小流量管線（回流管路）自動(dòng)隔離，熱管段注入管線上的閥門(mén)仍然保持關(guān)閉，低壓安注泵從IRWST（內(nèi)置換料水箱）取水后經(jīng)由注入管線提供冷段注入。流網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流通形式如圖2 所示。

仿真結(jié)果顯示，在RCS 系統(tǒng)壓力降低后，低壓安注泵從IRWST 取水后，不再回流，而是經(jīng)過(guò)低壓安注系統(tǒng)的并聯(lián)注入管線，與中壓安注系統(tǒng)的注入管線合并后，再分為三條冷段注入管線進(jìn)行安注，3 條冷段注入管線的流量出現(xiàn)相同幅度的增加，同時(shí)由于RCS 壓力降低，中壓安注泵取水流量增加，中壓安注泵出口壓力下降。另外，中壓安注系統(tǒng)或低壓安注系統(tǒng)中并聯(lián)注入管線壓力和流量的瞬態(tài)變化趨勢(shì)一致且穩(wěn)態(tài)值相同，與設(shè)計(jì)流通形式相一致。此外，曲線變化趨勢(shì)平穩(wěn)，表明軟件在仿真復(fù)雜流網(wǎng)系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性（圖4）。

2.2 工況2 仿真應(yīng)用

假設(shè)在事故工況下，RCS壓力由1.5 MPa，躍遷變化為1.0 MPa，在長(zhǎng)期冷卻階段為防止硼在一回路系統(tǒng)聚集，需要打開(kāi)中壓安注和低壓安注系統(tǒng)中熱段注入管線上的隔離閥，此時(shí)安注系統(tǒng)被切換到冷熱段同時(shí)注入。流網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流通形式如圖3 所示。

仿真結(jié)果顯示，在RCS 系統(tǒng)壓力下降后，低壓安注泵和中壓安注泵從IRWST 的取水流量增加，安注泵出口壓力降低，且中壓安注泵出口壓力下降幅度更大，低壓和中壓安注泵的取水經(jīng)過(guò)并聯(lián)注入管線，各自匯入冷管段和熱管段注入母管后，再分為3 條冷段注入管線和3 條熱段注入管線進(jìn)行安注，受熱管段分流影響，冷段注入流量出現(xiàn)了小幅度的下降，但是由于安注系統(tǒng)出口壓力降低，且熱管段的加入相當(dāng)于拓展了并聯(lián)支路，會(huì)降低系統(tǒng)總流動(dòng)阻力，因此總的安注流量會(huì)升高，與設(shè)計(jì)流通形式相一致。此外，與2.1 節(jié)類似，曲線變化趨勢(shì)平穩(wěn)，表明軟件在仿真復(fù)雜流網(wǎng)系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，結(jié)果如圖5 所示。

圖4 工況1 仿真計(jì)算結(jié)果

圖5 工況2 仿真計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)論

本文開(kāi)發(fā)了適用于可壓縮流體的單相熱工流網(wǎng)計(jì)算軟件，針對(duì)華龍一號(hào)中壓安注系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行切換為中、低壓安注系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行和冷管段安注切換至冷、熱管段同時(shí)安注兩種瞬態(tài)工況進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，軟件能夠比較穩(wěn)定地仿真復(fù)雜并聯(lián)管網(wǎng)拓展支路的過(guò)程，具備模擬復(fù)雜管網(wǎng)系統(tǒng)的能力。