單相熱工流網計算軟件應用研究

薛廣宇，馮獻靈

（海南核電有限公司，海南昌江 572700）

0 引言

隨著仿真技術的不斷成熟，在軍民核動力系統中，大多采用流體網絡（簡稱“流網”）仿真技術用于輔助系統或二回路系統等的研發設計與運行仿真研究。流網仿真技術具有計算速度快、穩定性高的特點，更易滿足計算過程實時性的要求。

因此，本文基于成熟的單相流網計算模型與算法，針對核動力系統開發了適用于可壓縮流體（以水或蒸汽為工質）的單相熱工流網計算軟件，針對華龍一號中壓安注和低壓安注系統瞬態工況進行了仿真應用研究[1]。

1 應用對象及工況概述

本文以華龍一號中壓安注和低壓安注系統為研究對象，選取中壓安注系統單獨運行切換為中、低壓安注系統同時運行和冷管段安注切換至冷、熱管段同時安注兩種瞬態工況進行了仿真計算，并將仿真結果與設計值進行對比驗證。根據圖1 所示的系統流程，可以分別形成不同工況下的流網系統[2]。

圖1 系統流程

圖2 工況1 系統流網結構

圖3 工況2 系統流網結構

中壓安注單獨運行切換為中、低壓安注系統同時運行工況（工況1）是將回流管路切換至并聯注入管路的過程，冷管段安注切換至冷、熱管段同時安注工況（工況2）是并聯管路拓展分支的過程（圖2、圖3）。

2 仿真應用研究

2.1 工況1 仿真應用

假設在事故工況下，RCS（反應堆冷卻劑系統） 壓力由3.5 MPa，躍遷變化為1.5 MPa；根據系統設計說明書可知，此時中壓安注泵取水量增加，同時，由于RCS 壓力低于低壓安注泵的注入壓頭，低壓安注系統的小流量管線（回流管路）自動隔離，熱管段注入管線上的閥門仍然保持關閉，低壓安注泵從IRWST（內置換料水箱）取水后經由注入管線提供冷段注入。流網系統設計流通形式如圖2 所示。

仿真結果顯示，在RCS 系統壓力降低后，低壓安注泵從IRWST 取水后，不再回流，而是經過低壓安注系統的并聯注入管線，與中壓安注系統的注入管線合并后，再分為三條冷段注入管線進行安注，3 條冷段注入管線的流量出現相同幅度的增加，同時由于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，中壓安注系統或低壓安注系統中并聯注入管線壓力和流量的瞬態變化趨勢一致且穩態值相同，與設計流通形式相一致。此外，曲線變化趨勢平穩，表明軟件在仿真復雜流網系統具有良好的穩定性（圖4）。

2.2 工況2 仿真應用

假設在事故工況下，RCS壓力由1.5 MPa，躍遷變化為1.0 MPa，在長期冷卻階段為防止硼在一回路系統聚集，需要打開中壓安注和低壓安注系統中熱段注入管線上的隔離閥，此時安注系統被切換到冷熱段同時注入。流網系統設計流通形式如圖3 所示。

仿真結果顯示，在RCS 系統壓力下降后，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過并聯注入管線，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 條熱段注入管線進行安注，受熱管段分流影響，冷段注入流量出現了小幅度的下降，但是由于安注系統出口壓力降低，且熱管段的加入相當于拓展了并聯支路，會降低系統總流動阻力，因此總的安注流量會升高，與設計流通形式相一致。此外，與2.1 節類似，曲線變化趨勢平穩，表明軟件在仿真復雜流網系統具有良好的穩定性，結果如圖5 所示。

圖4 工況1 仿真計算結果

圖5 工況2 仿真計算結果

3 結論

本文開發了適用于可壓縮流體的單相熱工流網計算軟件，針對華龍一號中壓安注系統單獨運行切換為中、低壓安注系統同時運行和冷管段安注切換至冷、熱管段同時安注兩種瞬態工況進行了仿真。仿真結果表明，軟件能夠比較穩定地仿真復雜并聯管網拓展支路的過程，具備模擬復雜管網系統的能力。