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海洋条件下核动力平台稳压器压力波动特性研究

摘要

核动力平台相比于陆地的核电站面临更多的环境挑战，其中包括风载和浪载等因

素。这些环境影响可能导致反应堆运行过程中存在安全隐患。风浪可能会引起平台的

剧烈摇晃和运动，导致设备故障或泄漏，从而威胁到人员安全和环境安全。其次，反

应堆一回路系统和二回路系统在海上环境中还会面临两相流动和汽液相变等复杂问题。

在海洋条件下，稳压器作为一回路温度压力控制的主要设备，随着核动力平台在摇摆

过程中，受到不同方向的加速度影响。导致稳压器内部水受惯性力作用产生波动，进

而频繁触发压力及水位的警戒值，最终导致一回路控制系统紊乱，影响反应堆的正常

运行。为了解决这一问题，开展了海洋条件下稳压器内部压力波动特性的研究，并通

过数值模拟探究了海洋条件对稳压器的影响机制。

本文以海洋条件下一回路系统稳压器为对象，研究其内部液位晃动时对压力测量

的影响。基于ANSYSFluent计算平台建立仿真模型，采用VOF模型对稳压器内部液位

波动进行数值模拟，实现对稳压器内汽水交界面捕捉。通过UDF（用户自定义函数）

加载海洋条件，模拟单一以及复杂海洋条件下稳压器刚体运动；在稳压器内部汽空间

和液相区域设置压力监测点，探究不同摇摆周期、摇摆幅度以及水装量对压力测点波

动的规律。

研究结果表明，在常温常压、单一工况的海洋条件下，压力监测点越靠近壁面时

压力波动越剧烈，中心点处压力波动幅值近似为0Pa，近壁面处压力波动为1800Pa。

在三种典型的海洋条件（横摇、横荡、垂荡）中，横摇激励是导致稳压器压力波动的

主要因素；通过改变周期和振幅发现周期增大压力波动的幅值减小，振幅越大压力波

动越剧烈；横摇和横荡海洋条件下稳压器压力波动不受水装量的影响，压力波动维持

在102kPa到109kPa之间。垂荡激励条件下压力波动随水装量增加而增大，水装量为

30%时压力波动区间为104kPa到108kPa之间，当水装量为65%时，压力波动区间为

95kPa到113kPa；在高温高压、海洋条件下蒸发加热工况时，海洋条件使得蒸汽的蒸

发量增加，压力上升的更为迅速，改变周期振幅以及叠加不同工况时，压力在短时间

内没有明显变化，随着加热时间增加，压力逐步出现线性上升趋势，当加热器加热到

100s时海洋条件下压力值比没有海洋条件下压力值高30kPa。在高压喷淋工况时，发

现垂荡激励可以迅速降低稳压器压力。当改变周期和振幅时，压力随着周期缩短，压

力下降更快，随着振幅增大，压力下降更为迅速。叠加工况压力降低的幅值与垂荡单

哈尔滨工程大学硕士学位论文

独激励的结果相似，从而得出垂荡激励在高压喷淋工况时占主导因素。

关键词：稳压器；刚体运动；压力波动；海洋条件；

海洋条件下核动力平台稳压器压力波动特性研究

ABSTRACT

Nuclearpowerplatformsfacemoreenvironmentalchallengescomparedtoland-based

nuclearpowerstations,includingfactorssuchaswindloadsandwaveloads.These

environmentalimpactsmayleadtosafetyhazardsduringtheoperationofthereactor.Windand

wavesmaycauseviolentshakingandmotionoftheplatform,leadingtoequipmentfailureor

leakage,therebythreateningthesafetyofpersonnelandtheenvironment.Secondly,theprimary

coolantsystemandthesecondarycoolantsystemo