核主泵非稳态运行工况下瞬变特性及机理的研究

本项目从系统理论研究的角度，对于多环路压水反应堆冷却系统，提出各个环路核主泵分别在同时断电、部分断电及相继断电而惰转的过程中系统流动瞬变及核主泵惰转瞬态特性的系统模型。建立核主泵不同断电过程中系统冷却剂与主泵在惯性作用下堆芯流量衰减与系统参数、主泵参数的关系式，建立核主泵不同断电过程中惰转特性的关系式及与主泵设计参数的关系。提出核主泵启动过程中反应堆冷却系统流动瞬变及核主泵启动瞬态特性的系统模型，建立核主泵启动过程中冷却剂在惯性与离心力作用下堆芯流量瞬变与系统参数、主泵参数的关系式，建立核主泵启动瞬态特性关系式及与主泵设计参数的关系。研究核主泵的转动惯量、系统冷却剂惯性、机械损失对堆芯流量和主泵惰转转速、惯性压头、惯性流量的影响。研究主泵断电惰转和启动瞬态过程中流量、转矩、压头与瞬态转速的关系。研究核主泵的转动惯量、系统冷却剂惯性对主泵启动压头、启动转矩、启动流量和转速及堆芯流量的影响。

当前我国核电的发展形势，核主泵的国产化自主化设计制造，需要做一些服务于设计制造的基础的科学问题的研究。本项目从反应堆冷却系统基础理论研究的角度出发，研究核主泵瞬变工况下核主泵瞬态特性及堆芯流量瞬变的研究。从系统理论的角度，提出了反应堆冷却系统核主泵启动瞬变工况下主泵瞬态特性的数学模型，建立核主泵启动无量纲转速和流量特性关系式，建立了核主泵启动总的无量纲瞬变压头、加速压头和克服摩擦的压头特性关系式，建立核主泵启动无量纲加速冷却剂转矩，加速核主泵转动部分转矩和克服冷却剂摩擦转矩特性关系式。研究了系统参数、冷却剂惯性及主泵转动惯量对主泵启动转速、流量、压头和转矩的影响。提出了反应堆冷却系统核主泵断电瞬态特性及堆芯流量的数学模型，建立了主泵断电惰转转速及流量与系统参数及主泵设计参数的无量纲关系式，研究了系统无量纲参数、冷却剂惯性及主泵转动惯量对主泵断电惰转转速及流量的影响。与秦山和大亚湾主泵断电惰转实验曲线进行了比较，包括流量和转速曲线进行了比较，亦与Yokomura发表的研究型反应堆实验泵的惰走试验结果进行比较，与Tsukamoto的试验泵启动流量、转速和压头进行了比较，结果非常吻合，证明所建立的主泵启动和断电非稳态特性关系式的正确性。上述建立的特性关系式没有采用离心泵特性关系式，上述变量全部无量纲化，对于设计新型压水堆冷却系统和核主泵均适用，不仅仅适用于压水堆冷却系统，对于水压闭环系统瞬变特性的分析亦适用。为我国核主泵及压水堆冷却系统自主设计及制造提供理论依据。