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[摘 要] 自然循环被广泛应用于非能动固有安全性的先进反应堆设计中。实际中，自然循环系统往往是多通道的，且各通道的热流密度也不相同，系统易产生流动不稳定现象，影响系统的安全运行。以RELAP5为分析工具，针对自然循环系统建模并对相关规律作了分析，得出系统在给定参数下的不稳定边界。
[关 键 词] 自然循环；多通道；不均匀加热；不稳定性边界
[中图分类号] TL413.2 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2017）06-0192-01
RELAP程序是美国爱达荷国家工程实验室开发的大型瞬态热工水力计算程序，可用于模拟轻水堆的多种假想事故。现广泛应用于压水堆核电站事故工况分析，几乎可覆盖所有热工水力瞬变事故谱。
一、不均匀加热对双通道自然循环系统稳定性的研究
简单的自然循环装置是一条闭合自然循环回路，由热源（预热段和加热段）、冷源（冷凝器）、上升段及下降段构成。冷热源之间的高差产生驱动压头来使流体循环流动。
本文对某一假想的具有两个并联加热通道的循环系统进行加热实验。流体经过预热段预热后，在加热段分流通过两个加热通道加热。加热均匀度（加热功率）不同。流体通过冷凝器冷却，回到起始点，完成循环。
加热段206P与306P均采用电加热方式，加热功率沿管道长度均匀分布。204B为分支结构，管段长度为0.5m。276B与286B为分支结构，连接两个加热管道，均取0.5m。冷凝管段214P穿过冷却水箱224A，通过冷热流体之间的对流来进行热交换。212S、216S为冷凝段前后连接的管段，均取0.1m。210P为稳压器，220TMD、228TMD是时间控制体。
二、系统节点数的确定
节点的划分会影响仿真的精度及流动不稳定起始点的预测结果。重点研究部件内部的划分越细（内部的小控制体数越多），最后结果数据越精确。
本节点数也不是越多越好，当其增多到一定数目时，节点数量的影响已经很小，过多的节点使程序运行时间增大。
对加热段分别选取节点数为10、20、40、60、75的五组实验来比较分析，提取加热段流量在不同节点数的条件下变化曲线，各组曲线都达到稳定流动状态。
从结果看，五条曲线很接近。节点数选取越多，结果越平缓，但同时计算时间也越长。当节点数选取在60与75时，两曲线几乎重合，对实验的影响可以忽略。所以得出结论：当节点数为60时，对实验的精度影响很小，系统的稳定性增强。
三、不稳定边界的确定方法
运行程序获得一个稳定工况，然后逐渐增加加热段的功率来寻找不稳定边界点。加功率过程要非常缓慢，因其对回路施加小的扰动而对不稳定性边界产生影响。
现以50kW预热功率下两加热通道加热不均匀度為1：2时的工况为例来说明本文中增加功率的过程。每步700s，前200s加热段功率线性增加1kW，后500s维持功率不变，观察系统是否稳定。增加功率后系统各参数会发生变化，并慢慢达到下一个稳定工况。当加热功率达到某一个极限值时，再增加功率系统各参数不能维持稳定，而是发生自持振荡。
从RELAP5算得的分别以质量流量与温度振荡为例的振荡曲线中读取振荡起始点处所对应的时间，根据该时间找到此时对应的加热功率，即为此系统在特定压力、进口过冷度下的极限功率。
本文中所计算的每一个工况均有一个这样的振荡起始点，以相同的方法找出各工况下对应的极限功率，最终所得极限功率与预热段加热功率的关系曲线即要找的不稳定性边界。
从结果中看出，在整体脉动中，试验段的总流量随时间作近似等幅脉动，两个分管内的流量随总流量作同相脉动，流体温度作近似的同相脉动。
四、振荡起始点的确定
自然循环不稳定性研究中，流量与加热量存在匹配关系，所以，首先要找到一个系统的稳定工作点，再以此点为基础寻找不稳定区间。
对于自然循环系统，找到稳定工况点较为困难，因为回路的自然循环流量是多个参数的复杂函数，且系统一旦启动，内部各参数自动发展变化，须不断调节系统参数及长时间计算才能寻找到符合条件的初始稳定工况。当回路到达稳定工况后，即可逐渐增加加热段的功率来寻找不稳定起始点。实验从稳定流动开始，在保证总管进口质量流量基本不发生波动的前提下，逐步调节各项参数至脉动发生。实验中依靠分管进口质量流量波动的情况来判定脉动是否发生。在脉动起始段左边，两根分管形成了明显的可持续周期性异相脉动，此时流量脉动的振幅为起始脉动振幅。
综上所述，本文使用RELAP5对系统建模分析，按编写
RELAP5输入卡，对卡片中的数据参数的选取进行了说明。本文主要对加热段进行研究，尤其对加热管段节点数的选取进行了分析比较。程序编好后，反复调试运行，即可找到系统的不稳定边界。
参考文献：
[1]杨祖毛，王飞，，王文康.闭合回路单相自然循环稳态特性研究[J].核科学与工程，1999，20（3）：198-220.
[2]郭烈锦.两相与多相流动力学[M].西安交通大学出版社，2002.
