可移动核动力装置新型直流蒸汽发生器平行通道流动不稳定性研究

The Integrated Nuclear Power Plant(INPP) as a new generation of military equipment is focused on by countries in the world. The novel Once-Through Steam Generator(OTSG) is a key equipment for the integrated nuclear power plant, and its instability issue is particularly serious. OTSG in the INPP is the object of my study. The research systematically analyzes the instability of OTSG using the modern frequency domain method from the aspects, the instability mechanism, mathematical model, simplified model, stability analysis methods, programming and applications and so on. The innovations are these aspects, ① the research method is innovative. During the instability analysis of OTSG, the method is extended from the single variable frequency domain to the multivariable frequency domain, and the stability analysis not only fits for the whole system but also for the oscillation among pipes of parallel multi-channels system. ②the idea of the study is innovative. Task force members put forward the quantitative criteria of of the secondary side flow instabilities according to the acoustic emission signals. The experimental database is created. ③the research theory is innovative. The complex system is simplified to a model according to the characteristics of the coupling between channels, which greatly reduces the difficulty of problems. The research results provide the necessary theoretical basis and technical supports in further development for the INPP.

一体化核动力装置是世界各国重点关注的新一代军用装备。新型直流蒸汽发生器是一体化核动力装置的关键设备，不稳定性问题尤为突出。课题以一体化核动力装置的新型直流蒸汽发生器为研究对象，从不稳定性的产生机理、数学模型的建立、简化模型的提出、稳定性分析方法、程序编写及应用等方面，采用现代多变量频域法系统地分析系统的不稳定性。创新之处在于：①研究方法创新：将新型直流蒸汽发生器的不稳定性分析从单变量频域法推广到多变量频域法，从整个系统的稳定性分析推广到管间稳定性的分析。②研究思路创新：提出利用二次侧流量的声发射信号作为不稳定性现象的定量判断标准，建立实验数据库。③理论研究创新：根据通道间耦合作用的特点，将复杂系统转化为有效的简化模型，利用简化模型分析考虑耦合作用时管间脉动及其影响因素变得简单方便，有效降低了新型OTSG稳定性的控制难度。研究工作为一体化移动核动力装置的发展提供理论基础和技术储备。

一体化核动力装置是世界各国重点关注的新一代军用装备。课题以一体化核动力装置的新型直流蒸汽发生器（OTSG）为研究对象，从流动不稳定性的产生机理、数学模型的建立、简化模型的提出、稳定性分析方法、程序编写及应用等方面，采用现代多变量频域法系统地分析其不稳定性。主要内容包括三部分。.第一部分重点研究OTSG的整体脉动问题。建立单通道系统的数学模型，推导其传递函数。根据单变量Nyquist稳定性准则，得出多个运行参数对系统稳定性的影响规律。结果表明：①当忽略通道间的耦合作用时，可以将平行多通道系统等效为单通道系统；②利用单变量频域法分析OTSG的整体脉动问题是非常有效的一种方法。.第二部分重点研究OTSG的管间脉动问题。剖析各通道间流量-热量-压降的耦合关系，得出通道间耦合效应的影响规律，提出适用于分析两通道、三通道及七通道系统管间脉动的简化模型。分析入口节流压降、二次侧质量流量、二次侧入口温度、二次侧系统压力等参数对系统稳定性的影响。计算结果表明：①简化模型分析得出稳定性最差通道的结果与多变量系统的分析结果非常接近，所以系统的稳定性实际上决定于稳定性最差的通道的稳定性情况，解释了实验观测结果；②对七通道及多通道系统而言，中间通道的稳定性明显比周围通道的稳定性差，这和实验现象相一致。.第三部分重点研究平行多通道系统的稳定性。将单通道、两通道、三通道及七通道系统特殊的数学模型和稳定性分析方法，拓展到平行多通道系统的一般情况。对多通道系统进行稳定性计算和分析，得到的结论和实验结果相吻合。分析结果表明：①简化模型的提出，为OTSG管间脉动问题的分析提供一种简便方法；②该程序是分析存在耦合效应的平行多通道系统管间脉动问题的有利工具。.本课题研究工作为我国一体化移动核动力装置的发展提供理论基础和技术储备。