舰船核动力装置非能动余热排出系统运行特性

用RELAP5/MOD3.2安全分析程序对某型舰船核动力装置非能动余热排出系统进行数学建模,并用实际装置的试验结果进行校核验证。重点分析了自然循环工况下蒸汽发生器U型管内冷却剂倒流特性对非能动余热排出系统运行特性的影响。结果表明:舰船核动力装置发生全部电源丧失事故时,蒸汽发生器二次侧非能动余热排出系统能正常投入运行,但蒸汽发生器U型管内冷却剂会发生倒流,降低了一回路主系统的自然循环能力。     

一体化压水堆非能动余热排出系统动态特性仿真

针对MAX一体化压水堆建立反应堆主要系统及非能动余热排出系统的水力热工计算模型,以电源丧失事故为假想事故,利用该模型对事故过程进行仿真计算.分析结果表明,非能动余热排出系统配合一体化压水堆的高自然循环能力能够在发生电源丧失事故的情况下,明显减轻反应堆一、二回路压力边界的负担,降低堆芯温度,提高反应堆的安全性.     

海洋核动力平台PRHR HX管内蒸汽冷凝换热特性分析北大核心CSCD

[目的]旨在探究非能动余热排出换热器(PRHR HX)管内饱和蒸汽冷凝传热特性,为海洋核动力平台非能动安全系统设计提供支撑。[方法]通过搭建的功率比1∶50的试验装置,使用分离热阻法处理试验结果,对PRHR HX管内饱和蒸汽冷凝换热特性进行分析。[结果]在试验参数范围内,PRHR HX管内主要以分层流或波状流-环状流-波状流流型存在,该管内凝液流动存在由层流到湍流的转捩过程;管内饱和蒸汽冷凝换热系数随压力升高而增大;在压力为0.52 MPa时,换热器内蒸汽流速最大值约为6.72 m/s,当压力大于0.52 MPa后,蒸汽流速反而逐渐减小;所提PRHR HX管内饱和蒸汽冷凝换热系数计算关系式与试验结果吻合良好,其计算值与试验值的相对误差在±8%以内。[结论]研究结果可为海洋核动力平台及类似应用对象非能动安全系统PRHR HX设计和优化提供参考。     

船用二回路系统全工况热力计算方法及特性分析

[目的]为便捷高效地对船用核动力装置二回路系统进行全面的热力计算,[方法]针对船用核动力二回路系统的特点,综合考虑核动力装置主汽轮机组以及各辅助设备,立足几种典型工况下的设备参数和热平衡计算结果,建立二回路系统全工况数学模型,提出一种全工况计算方法。在最高工况和最低工况之间均匀设置多个主机功率,将主机功率作为输入自变量。通过多层嵌套循环实现系统各设备热力参数同步变化,得出全部工况下主要设备的耗汽量、工质在各换热节点的温度以及动力装置总耗汽量和效率等参数随工况变化的规律。分析上述变化规律的原因,并将计算结果与设计值进行对比。[结果]结果表明,系统参数误差较小,满足计算精度要求。[结论]计算方法以及得出的变化规律为二回路系统的参数匹配特性计算和研究提供了思路。     

起伏运动下二次侧非能动余热排出系统运行特性

推导了起伏运动下的体积力模型,并将该模型嵌入到RELAP5/MOD3.2程序中。使用修改后的RELAP5/MOD3.2程序对起伏运动下某型二次侧非能动余热排出系统的运行特性进行了计算。计算结果表明:3组不同振荡幅度与周期下,燃料中心最高温度、堆芯出口冷却剂温度与左右环路SG二次侧压力均在安全限值以内。与非海洋条件对应值相比,3组不同的振荡幅度与周期下,系统各参数数值变化较小,起伏运动对该系统运行特性影响较小。     

浮动电站核动力装置堆舱瞬态热工水力特性

为合理验证并提高堆舱系统的安全性,本文采用RELAP5和MELCOR程序联合建立了浮动电站反应堆、主系统和堆舱的热工水力分析模型(包含关键的控制信号),可模拟从事故始发直至堆舱响应趋于稳定的瞬态全过程。计算结果表明,研究对象的堆舱系统满足事故下的热工设计要求,且容量配置具有一定的安全裕量。在此基础上,对给水系统隔离、堆舱自由容积、非能动热阱和堆舱喷淋系统等重要影响因素开展敏感性分析。结果表明,控制策略、堆舱安全系统的容量配置能够直接影响事故缓解措施的优劣和安全裕量,通过优化堆舱自由容积和舱内安全系统容量分配比,可进一步提高核动力装置的可靠性和总体安全性。上述结论对于堆舱的设计改进具有一定的工程指导意义。     

小型自然循环蒸汽发生器水位控制特性分析

针对小型立式自然循环U形管蒸汽发生器,提出基于经典PID控制理论模型的二回路侧水位控制方块图和数学模型,并采用RELAP5程序建立含水位控制的蒸汽发生器热工水力瞬态分析模型,研究了10%FP阶跃降升负荷、大幅度阶跃降升负荷2种情况下蒸汽发生器的热工水力动态特性,分析了水位控制方案的可行性。结果表明,所设计的水位控制系统以及PID整定参数取值基本满足功率运行控制需求,但由于影响两相流水位因素的多参数复杂性,使得某些负荷下水位控制系统带有一定的非线性特征,在工程上标定水位和给水流量时需要重点关注。     

水蒸汽参数对密封动静特性的影响

[目的]为了研究工质参数对透平机械中密封动静特性的影响,[方法]建立梳齿密封三维数值模型,分别以空气和水蒸汽为工质,应用计算流体力学(CFD)方法和旋转坐标系方法分析不同水蒸汽参数对密封泄漏性能和动力特性系数的影响。[结果]结果表明:工质为空气和水蒸汽时,密封的泄漏特性区别很大,其流体激振力与涡动速度分别呈线性和二次非线性的变化关系。当水蒸汽温度增加时,密封动力特性系数的变化将导致系统的稳定性下降。[结论]因此工质参数对透平机械的系统稳定性具有重要意义,在实际应用中需要考虑工质参数对密封动静特性及转子系统的影响。     

隔离舱室污染气体扩散的大涡模拟研究

[目的]开展船舶隔离舱室门动态开启过程中污染物对流扩散的研究,定量对比和评估不同负压工况下污染物中扩散量随时间的变化,对隔离病房负压系统的设计具有重要意义.[方法]基于大涡模拟(LES)方法,结合示踪气体组分输运方程,对某型应急医疗救援船的隔离舱室门开启过程中污染物的对流扩散规律开展数值模拟研究,重点对不同压差工况下门...     

一种射流式冷却挡焰板的气动设计与数值分析

[目的]目前,美、俄两国航空母舰的挡焰板均采用海水冷却系统,虽然水冷效果较好,但存在管路复杂、维修和维护不便等问题。因此,[方法]借鉴涡轮叶片气膜冷却的方式,利用气体射流可以带走和隔离发动机高温尾喷流的特点,提出不依赖冷却水的射流冷却式挡焰板方案。对挡焰板上形成冷却气膜的射流槽位置和开孔数进行研究,运用CFD方法对采用不同射流孔方案的挡焰板温度等指标进行计算,并对其冷却效果进行对比分析,以验证该方案的可行性。[结果]结果表明,射流冷却方式可将挡焰板上95%表面核心区的平均温度降至可接受的范围。[结论]该隔热冷却方式效果显著,可有效实现对挡焰板的热防护。所提设计方案和数值分析方法对新型挡焰板方案及冷却方式设计具有一定的借鉴作用。     

脉冲性负荷柴油发电机组特性分析

[目的]舰船系统的电能质量会受到脉冲性负荷的极大影响。脉冲性负荷种类、功率不同,其运行特性、影响及其解决方法也会有很大差异。为此,针对平均功率变化不大、可等效为恒稳负荷的雷达,[方法]提出采用柴油发电机组固有的机械储能来平抑其功率波动,通过对柴油发电机组工作特性进行研究和分析,找到调速器介入前、后的转速跌落、恢复规律和稳态过程转速的变化率,以得出利用柴油发电机组固有的机械储能来平抑负荷功率波动的量化标准。基于测量船雷达的实际工况,按照得到的量化标准计算出所配置柴油发电机组的容量及其性能指标,并通过2个典型工况仿真来验证理论推导的正确性。[结果]研究结果说明:在突加最严重工况下,对于2台柴油机以上带雷达阵面的负荷,在该工况下可满足突加功率时的转速特性,变化率可忽略不计;在波动最严重工况下,1台柴油机带雷达阵面的负荷,在该工况下可满足突加功率时的转速特性,转速变化率在允许范围内,且系统电压特性满足指标要求。[结结论]研究结果对于该类脉冲性负荷柴油发电机组在设计时的初步估算具有一定的指导意义。     

水下滑翔机浮力调节系统研制

[目的]浮力调节系统是控制水下滑翔机潜浮状态及滑翔速度的关键组件。为了深入研究浮力调节系统,[方法]通过对水下滑翔机及其浮力调节系统的理论分析和CFD计算,以获得浮力调节量这一重要的设计参数。研制了具有出油和回油两通路的浮力调节系统、采用高压柱塞泵实现在深水环境下向外出油、低能耗齿轮泵实现在浅水环境下回油的浮力调节系统。在不同压力环境下对出油和回油特性及其能耗进行实验测试。[结果结果]结果表明:在2.5 MPa压力环境下,浮力调节系统出油过程正常;在大气压力环境下,浮力调节系统的回油过程正常,所研制的实验装置可模拟水下滑翔机实际运行环境的海洋压力。[结论]研制工作可为浮力调节系统的工程应用提供有益参考。     

内嵌声学黑洞薄板振动特性数值模拟方法研究

[目的]针对内嵌二维声学黑洞薄板的数值模拟方法进行对比研究,[方法]提出使用板壳单元对声学黑洞薄板进行离散建模的方法。首先,设计内嵌二维声学黑洞薄板算例,应用体单元建立该薄板的有限元模型,以验证其声学黑洞效应。然后,采用相同尺度的板壳单元来模拟该二维声学黑洞薄板,并对2种建模方法的模态和振动特性进行数值对比验证。最后,讨论声学黑洞区域厚度阶梯变化尺度以及幂律对整体结构振动特性的影响。[结果]研究表明,使用板壳单元离散内嵌声学黑洞薄板计算其振动特性的精度是可靠的,板壳单元离散方法相比体单元离散法具有计算规模小、计算效率高的优点。同时,合理调节声学黑洞区域的厚度阶梯变化尺度以及幂律会改变局部模态对应的固有频率。[结论]研究结果可为声学黑洞结构的设计与应用提供指导。     

机械排烟时补风口高度对竖直单开口舱室火灾烟气特性的影响

[目的]为合理制定舰船竖直单开口舱室火灾的排烟战术,提高排烟效率,[方法]通过搭建全尺寸火灾实验平台,对竖直单开口舱室的火灾烟气特性进行研究。通过设置不同的开口高度,对负压排烟时的火源燃烧速率、舱室能见度及温度进行测量与计算。根据实验测得的火源热释放速率,使用火灾动力学模拟软件(FDS)对实验及仿真舱室温度峰值进行对比分析。[结果]结果显示,机械排烟时补风口高度应设置在总高度约1/2处,在此高度下舱室能见度及温度下降速度更为迅速。[结论]所做研究对于竖直单开口舱室火灾的机械排烟战术制定具有一定指导意义,同时也证明了在此种火灾条件下采用FDS进行模拟的可信性。     

潜艇设备冲击响应谱谱跌特性数值分析

[目的]设计冲击谱是舰载设备响应谱抗冲击分析的关键输入条件。为了研究大质量舰载设备安装后的谱跌特性,[方法]以潜艇为例,通过对舱段结构的有限元数值模拟,研究舰载设备在不同连接方式下冲击谱随质量及刚度变化的规律,并与目前广泛采用的国军标GJB 1060.1-91给出的冲击设计谱进行对比。[结果]结果表明:对于单自由度系统,在低频段(位移段)和高频段(加速度段),国军标给出的冲击谱更保守;在中频段(速度段),研究得到的响应谱大于国军标给出的响应谱。对于多自由度系统,依据国军标给出的方法忽略模态间的相互作用将导致计算偏于保守。此外,设备与舱段的连接方式对设备响应谱存在明显影响。[结论]研究得到的各种因素对谱跌特性的影响规律,对潜艇大型设备的抗冲击设计具有借鉴意义。     

基于变论域模糊方法的电力推进船舶二次调频控制

[目的]针对负荷功率扰动引起的船舶电力系统频率波动问题,[方法]提出引入电池储能单元平衡船舶功率的方法,采用变论域模糊控制对船舶电站进行二次调频控制。以频率偏差及其变化率作为控制器输入,采用增量法设计伸缩因子,在控制规则不变的情况下对论域进行扩大和缩小,以提高控制精度。[结果]仿真结果表明,引入电池单元可减少系统频率的波动次数,缩短频率恢复稳定时间。[结论]与传统的模糊控制相比,变论域模糊控制在外部扰动和参数摄动情况下均具有较好的控制性能,所提方法可保证其较好的鲁棒稳定性与鲁棒性能。     

含负刚度动力吸振的混合隔振系统振动冲击响应特性分析

[目的]针对舰船大型机械设备振动冲击隔离对高传递损失减振抗冲元器件的需求,[方法]基于负刚度动力吸振机理,构建一种含负刚度(NS)元件的动力吸振器(DVA)混合隔振系统。建立刚性基础上的无量纲动力学模型,在激励力作用下,运用不动点法获得隔振系统最优传递时的最优刚度比和阻尼比。基于龙格—库塔(Runge-Kutta)方法研究不同冲击脉宽下具有最优参数的隔振系统在基础激励下的冲击响应,并与传统动力吸振器的冲击响应进行比较分析。[结果]结果表明:在一定参数下,该混合隔振系统具有无谐振峰的传递特性;在不同脉宽下,其冲击加速度响应和相对位移均比传统动力吸振器的要小。[结论]所提含负刚度动力吸振的混合隔振系统可为大载荷、高传递损失的减振抗冲器设计提供一种新思路。     

大型舰船环状冷媒水系统运行模式试验研究

[目的]为了解决大型舰船环状冷媒水系统多种工况运行时的水力平衡问题,[方法]针对该系统的形式及特点,搭建缩比试验平台,对系统各区独立运行、备用泵向各区供水、单泵及多泵联合供水等多种运行模式进行试验研究。分析在不同运行模式下各区用户支路的流量分配特性。[结果]试验结果表明,当位于舰船舯部的备用泵分别向其他各用户区供水时,各用户支路的实际流量达到设计流量的90%以上,其水力失调度为0.89~1.02;单泵向全舰供水时,用户试验流量仅达到设计流量的20.0%~37.1%,区间流量最大不平衡率均大于40%,存在严重的水力失调现象;对于系统多泵联合供水运行模式,双泵、三泵、四泵联合供水模式下的最优运行工况可满足舰船不同负荷下的水量需求,区间流量最大不平衡率小于15%,结果能满足工程要求。[结论]试验结果可为实舰运行与控制提供参考依据。     

大型舰船环状冷媒水系统运行模式试验研究北大核心CSCD

[目的]为了解决大型舰船环状冷媒水系统多种工况运行时的水力平衡问题,[方法]针对该系统的形式及特点,搭建缩比试验平台,对系统各区独立运行、备用泵向各区供水、单泵及多泵联合供水等多种运行模式进行试验研究。分析在不同运行模式下各区用户支路的流量分配特性。[结果]试验结果表明,当位于舰船舯部的备用泵分别向其他各用户区供水时,各用户支路的实际流量达到设计流量的90%以上,其水力失调度为0.89~1.02;单泵向全舰供水时,用户试验流量仅达到设计流量的20.0%~37.1%,区间流量最大不平衡率均大于40%,存在严重的水力失调现象;对于系统多泵联合供水运行模式,双泵、三泵、四泵联合供水模式下的最优运行工况可满足舰船不同负荷下的水量需求,区间流量最大不平衡率小于15%,结果能满足工程要求。[结论]试验结果可为实舰运行与控制提供参考依据。     

基于物质点法的弹体侵彻靶板破甲特性数值模拟

[目的]针对有限元法处理弹体侵彻船用钢板时因网格畸变而无法准确模拟破口破坏形态及其形成的动态过程的问题,[方法]采用基于物质点法(Material Point Method,MPM)构建弹体侵彻舰船板壳结构的数值仿真模型,模拟弹体在侵彻过程中的破甲特性。将在不同初速度下侵彻5和10 mm厚靶板后的破口及塑性变形模拟结果与实验结果进行对比,以验证所提方法的有效性。[结果]结果表明:物质点法的模拟结果与实验结果吻合较好;弹体侵彻靶板的破口以及塑性变形区基本保持不变,且破口略大于弹体直径;弹体对靶板的破坏属于冲塞形式的穿甲破坏;半球形弹体以低、中、高的速度侵彻舰船外壳的靶板破坏形式属于冲塞破坏模式,速度大小对靶板的破口影响不大,而对靶板破口处隆起的高度影响较大。[结论]所提数值方法可为研究导弹侵彻舰船板壳提供新的有效途径,计算结果可为舰船结构的防护设计提供参考依据。