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高温气冷堆气体透平循环分析及堆芯动态仿真研究

张剑城  
【摘要】:高温气冷堆作为第四代核反应堆六种先进堆型之一,是一种技术先进、安全性好、用途广泛、有发展前景的反应堆,将其与气体透平相结合,构成高温气冷堆气体透平循环,利用高温气冷堆产生的750-950℃的高温气体直接进入透平进行清洁高效发电,能够突破蒸汽循环的温度限制,并采用中间冷却和回热等技术提高效率,从而成为研究高温气冷堆高效率发电的一个重要方向。 本文主要做了以下几方面的工作: 对氦气、氮气和二氧化碳三种工质及它们以不同比例混合的工质热物性作了比较,进而对其在高温气冷堆闭式布雷顿循环中的传热性能、压力损失和透平机械所需级数进行分析。 以带有回热器、中间冷却器和预冷器的高温气冷堆直接气体透平循环为研究对象,比较了高温气冷堆气体透平循环在采用氦气、氮气和二氧化碳及不同比例混合物作为工质时的循环效率,并对不同参数(如透平进口温度、压损率、回热度等)变化对循环效率的影响进行了研究。 在对高温气冷堆气体透平循环理论分析的基础上,为了研究高温气冷堆的动态特性,建立了高温气冷堆集总参数的数学模型;根据高温气冷堆的工作流程,运用模块化建模方法,在MATLAB/Simulink仿真平台上建立了高温气冷堆的模块化动态仿真模型;针对典型动态阶跃变化,进行了高温气冷堆各主要运行参数的动态响应特性的仿真分析。 本文所作的工作为高温气冷堆气体透平循环在工质选择方面提供了一定的参考,对高温气冷堆的动态特性进行了初步预测,为高温气冷堆的设计和控制系统的研究奠定了基础,并且为以后进行高温气冷堆气体透平循环动态性能研究打下了基础。


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