我国高温气冷堆技术及产业化发展

正一、前言1.高温气冷堆简介高温气冷堆属于热中子裂变反应堆,用氦气作冷却剂,石墨作慢化材料,采用包覆颗粒燃料以及全陶瓷的堆芯结构材料。模块式高温气冷堆安全性好、氦气堆芯出口温度高,是目前国际核能领域公认的新一代核能系统,在工艺供热、核能制氢、高效发电、空间电源甚至军用领域都有广泛的应用前景。高温气冷堆的高温特性和安全性能首先源于其独特的包覆颗粒燃料(图1)。目前压水堆使用的燃料由氧化铀陶瓷芯块和锆合金包壳组成,高温气冷     

包覆燃料颗粒碳化硅层的Raman光谱研究

本文研究了球床高温气冷堆燃料元件中包覆颗粒碳化硅层的Raman光谱. 通过分析不同制备条件下的碳化硅层断面的Raman光谱的峰位、半高全宽与强度, 明确了包覆颗粒中碳化硅层的晶相特征、密度变化和剩余应力等物性.通过分析不同密度碳化硅层一级Raman峰的同步、异步二维相关谱, 发现其LO模较TO模对于密度变化的响应更敏感. 这些结论为研究球床高温气冷堆燃料元件包覆颗粒中碳化硅层的结构及其物性有指导意义.     

邮票上的物理学史56——核能作为动力(续)

英国人偏爱石墨气冷反应堆.他们的第一座核电站卡德霍尔核电站便是石墨气冷堆,以金属天然铀为燃料,二氧化碳为冷却剂.后来做了改进,燃料改用二氧化铀,需将铀235的丰度提高到2%～3%,冷却剂的出口温度从400 ℃提高到650 ℃,热效率提高不少.英国自1965年起修建了14座这样的改进型气冷堆,总装机容量8×106kW.图22(英国1966年,英国技术)是Windscale的反应堆,邮票下方的文字是"Windscale先进的气冷堆";图23(英国1978年,能源),Oldbury核电站.最近又出现了高温气冷堆,采用陶瓷涂敷颗粒燃料,以He为冷却剂.冷却剂出口温度可达800 ℃,热效率达40%.我国在863计划中规定要建造一座热功率为1×104kW的研究型高温气冷堆.     

气冷快堆概述

正一、前言与工作原理气冷快堆,英文名称为Gas Cooled Fast Reactor,简称为GFR,是一种高温气体冷却快谱反应堆。顾名思义,气冷快堆采用气体作为堆芯冷却剂。由于气体工质密度一般相对较低,对中子的慢化能力较弱,在不显著添加其他慢化剂的情况下,中子能谱为快谱。气体工质的慢化能力一般也弱于金属冷却剂,因此气冷快堆的中子能量要高于金属快堆,也就是说气冷快堆的中子能谱更"硬"。     

邮票上的物理学史“非汉字符号”——核能作为动力(续)

英国人偏爱石墨气冷反应堆 .他们的第一座核电站卡德霍尔核电站便是石墨气冷堆 ,以金属天然铀为燃料 ,二氧化碳为冷却剂 .后来做了改进 ,燃料改用二氧化铀 ,需将铀 2 3 5的丰度提高到 2 %～ 3 % ,冷却剂的出口温度从 40 0℃提高到 65 0℃ ,热效率提高不少 .英国自 1 965年起修建了 1 4座这样的改进型气冷堆 ,总装机容量 8× 1 0 6 ｋＷ .图 2 2 (英国 1 966年 ,英国技术 )是Ｗｉｎｄｓｃａｌｅ的反应堆 ,邮票下方的文字是“Ｗｉｎｄｓｃａｌｅ先进的气冷堆” ;图 2 3 (英国 1 978年 ,能源 ) ,Ｏｌｄｂｕｒｙ核电站 .最近又出现了高温气冷堆 …     

高温气冷堆堆芯球床的流动与换热分析

球床式高温气冷堆的堆芯堆积有大量的燃料球,具有多孔介质特征。本文利用计算流体力学商用软件ANSYS Fluent及其多孔介质模型模拟了球床内的流动与换热现象。通过高温气冷堆满功率稳态运行及失冷不失压事故工况的模拟,分析了球床的流场和温度场,并与高温气冷堆的热工设计计算结果对比,说明了计算流体力学软件及其多孔介质模型对于球床式高温气冷堆热工水力分析的适用性,为后续使用计算流体力学软件开展高温气冷堆的堆芯旁流等复杂热工水力学现象的分析奠定基础。     

高温堆球流模拟在堆物理中的应用

介绍了高温气冷球床反应堆物理计算中燃料元件流动特性模拟的方法,对10MW高温堆进行了计算,与未考虑堆芯中燃料曲线流动的简化计算结果进行了比较。     

基于超高温气冷堆的氢电联产系统设计分析

超高温气冷堆耦合碘硫循环制氢是一种极具发展前景的核能制氢技术。本文提出了一种基于超高温气冷堆的新型氢电联产系统,采用碘硫循环和氦气透平循环来制氢和发电,建立了能量分析的热力学模型,分析了氦气透平循环总压比和反应堆出口温度对系统性能的影响。然后本文以系统氢电效率最大为目标,在总压比、反应堆入口温度、系统净输出功等参数的约束条件下,对系统进行关键参数优化,并分析了反应堆出口温度对优化结果的影响。结果表明：950?C、1000?C、1050?C三种反应堆出口温度下,建议的氦气分流比控制范围分别为0.031～0.750、0.112～0.750、0.181～0.750,对应的产氢率变化范围分别为17.4～295.6 mol·s^-1、61.4～298.0 mol·s^-1和96.5～299.8 mol·s^-1。     

基于多尺度熵的电力能量流复杂性分析

电力能量流复杂性主要体现于其动态行为的实时性、非线性及不确定性等,网络动力学行为分析是关键.本文在电力系统动力学平衡方程基础上,构建了系统势能与支路势能函数模型;通过提取扰动(或故障)后系统的能量信息,利用多尺度熵对扰动(或故障)后系统能量流演化过程进行了研究.结果表明:1)稳定运行状态下系统复杂度较低,且随着故障持续时间的增加,系统故障后呈现出更高的复杂度;2)不稳定运行状态下,系统在小尺度时间上表现出更强的不确定性,而在大尺度时间上表现出相对更明显的规则性;3)临界稳定运行状态与临界不稳定运行状态下,故障后的系统复杂度在不同时间尺度上呈现出较明显的差异,这对动态过程中临界点的识别有着积极的参考价值.本文研究揭示了电力能量流在物理动态过程中的演化机制,为电力系统动力学行为分析提供了新思路与新方法.     

高温氦气加热甲烷蒸汽重整制氢热力学分析

对高温氦气加热的甲烷蒸汽重整制氢过程进行了热力学分析。结果表明,在较高温度条件下压力对系统重整性能的影响很小。在重整压力大于1 MPa,水碳比大于2时,随着温度的升高,热效率先增加到最大值然后又缓慢下降;在温度800~1000℃范围内,随着水碳比的增加热效率先升高后下降。分析表明,利用高温气冷堆氮气供热的甲烷蒸汽重整制氢系统,选择较高的水碳比和重整温度有利于提高系统热效率和制氢性能。得到了匹配高温气冷堆供热系统且能使氢气产量和热效率的接近最大值的甲烷蒸汽重整反应优化操作参数范围.     

基于混沌粒子群优化算法的异结构混沌反同步自抗扰控制

针对一类连续时间异结构混沌系统, 利用自抗扰控制很强的鲁棒性, 提出了一种异结构混沌系统反同步的自抗扰控制策略.针对所设计的自抗扰控制器参数较多, 难以整定的问题, 提出了应用混沌粒子群优化算法对控制器进行参数寻优设计. 以Lorenz系统和Chua系统两个异结构混沌系统为例进行仿真验证, 由仿真结果可知, 该方法可以实现异结构混沌系统较快的反同步控制, 且具有很强的抗干扰能力. 关键词： 异结构混沌系统反同步 自抗扰控制器 混沌粒子群优化算法 参数寻优     

HTR-PM中燃耗测量方法研究和测量系统原型研制

作为球床模块式反应堆中燃料元件循环的重要组成部分,燃耗测量系统必须对连续排出堆芯的燃料球进行非破坏性在线测量,以确定是作为乏燃料球退出循环,还是将其返回堆芯。137Cs的活度和燃耗值存在很好的单调对应关系,因此在高温气冷堆(HTR-PM)核电站示范工程中将利用高纯锗探测器测量燃料球中137Cs的活度,进而根据燃耗计算曲线确定其燃耗值。通过实验以及基于Geant4的蒙特卡罗全模拟,利用效率传递方法准确得到了系统刻度的修正因子。同时发展了快速自动的谱寻峰和峰面积分析程序用于双源实验和MCNP模拟的γ谱分析,结果表明,尽管有干扰峰的影响,该系统预计对137Cs的活度测量相对不确定度依然可以控制在3.0%以内。在以上工作基础上成功研制并测试了一套全尺寸的燃耗测量系统原型。     

地源热泵的运行特性模拟研究

依据圆柱源理论,建立起了耦合地面热泵机组和地下埋管换热器特性的模拟模型,该模型可用于长期运行的地源热泵系统的短时间步长运行特性模拟。探讨了模拟过程中有关参数的确定方法,并运用所建模型对地源热泵的冬季和夏季运行特性进行了模拟。运行特性模拟与实验数据的验证结果表明,所建模型可以对地源热泵的运行特性做出符合实际的预测。     

一类参数不确定混沌系统的延迟同步

针对一类混沌系统，研究了参数未知的混沌系统的延迟同步.基于Lyapunov稳定性定理，给出了延迟同步控制器和参数自适应律的解析表达式.该方法简单、适用范围广.以新混沌系统为例，数值模拟说明了该方法的有效性和可行性.通过研究有界噪声作用下该系统的控制效果，表明了该方法具有较强的鲁棒性和抗干扰能力. 关键词： 延迟同步 Lyapunov稳定性定理 新混沌系统 有界噪声     

Estimation of all model parameters of chaotic systems from discrete scalar time series measurements

A strategy for estimating all parameters of chaotic systems using discretely sampled data of a measured scalar output is developed and tested. The effect of measurement noise on the asymptotic synchronization error is studied. The robustness of the method in the presence of noise and its ability to track changes in operating parameters of an experimental system is also demonstrated.     

面向级联失效的相依网络鲁棒性研究

针对相依网络耦合强度、子网络边以及耦合边对网络鲁棒性影响的问题,基于三种典型网络模型,建立对称相依网络和不对称相依网络模型.针对六种不同的相依网络模型,计算其网络临界成本,比较耦合边权值和子网络边权值对相依网络成本的贡献程度,发现耦合边对网络的贡献更大.采用仿真和理论证明的方法,获得使网络具有最小网络成本时的子网络负载参数α值和耦合强度参数β值,并证明了网络成本变化趋势与该参数对有关.以网络成本作为鲁棒性测度的变量,通过对六种相依网络模型进行级联失效仿真,给出了网络具有最强鲁棒性时参数对的取值,以及网络鲁棒性与耦合强度之间的关系,发现网络鲁棒性并不是随着耦合强度单调地增加或减少.     

Predictive control of a chaotic permanent magnet synchronous generator in a wind turbine system

This paper investigates how to address the chaos problem in a permanent magnet synchronous generator(PMSG)in a wind turbine system.Predictive control approach is proposed to suppress chaotic behavior and make operating stable;the advantage of this method is that it can only be applied to one state of the wind turbine system.The use of the genetic algorithms to estimate the optimal parameter values of the wind turbine leads to maximization of the power generation.Moreover,some simulation results are included to visualize the effectiveness and robustness of the proposed method.     

基于DSP + FPGA的PMSM控制系统设计与实现

面向低轨卫星载荷测试中可灵活配置和小体积宽带信号模拟的需求,采用了AD9361和Zynq-7000构成了信号模拟系统,AD9361射频捷变芯片具有宽带、小型化特点,基于SOC架构设计的Zynq-7000运行Linux操作系统,可完成低轨卫星轨道的位置、速度以及卫星接收信号的多普勒值计算,Zynq-7000通过寄存器实现对AD9361射频捷变芯片参数配置,同时将接收信号多普勒值计算结果通过AXI总线实时设置AD9361射频捷变参数可实现70MHz至6GHz低轨卫星载荷接收信号的模拟。论文给出了基于Zynq-7000芯片Linux操作系统下实时轨道参数和信号参数计算的流程和结果,测试了AD9361射频捷变芯片模拟生成的低轨卫星载荷接收信号性能参数。     

基于粒子群优化的自适应模糊制冷控制算法

为解决空间斯特林制冷机和探测器热负载不确定及存在变化的问题,提出了自适应模糊PID制冷控制。在空间环境中使用的斯特林制冷机参数会随着时间的变化而发生改变,探测器负载也会随着工作模式和工作时间的变化而变化,整个制冷系统涉及的变量多,参数非线性。采用传统的控制方法,在固定的单一条件、环境下得到的控制参数,环境和负载发生变化后容易性能变差甚至不稳定,控制精度和稳定性不能满足使用要求。设计了一种自适应斯特林制冷机控制器,通过综合自适应模糊PID控制的方法,采用粒子群优化算法调整控制参数以减小代价函数。通过仿真和试验验证算法的有效性和鲁棒性。     

基于不同静态性能模型的热成像系统视距估算

 基于NVL75，FLIR92和CFLIR国内外3种不同的热成像系统静态性能模型，采用静态性能参量MRTD建立对面目标的视距估算方程，并通过CFLIR40软件计算，比较不同模型下视距估算结果，得出：凝视型热成像系统在CFLIR模型下计算得到的MRTD值比FLIR92模型计算得到的MRTD值更接近实际测量值；在基本参数相同的条件下，利用MRTD估算的凝视系统的视距远远优于扫描系统的视距；对凝视型系统，从视距估算的结果来看，CFLIR模型略优于FLIR92模型。