姓名：王贺南
毕业时间：2015-06
工作单位：中国核电工程有限公司
论文题目：超临界二氧化碳系统热力分析程序开发与应用
论文摘要：
二氧化碳（CO2）具有临界压力适中、密度大、储量丰富、化学性质稳定的特性，被认为是核反应堆内最具应用前景的能量转换工质之一。超临界CO2反应堆布雷顿循环系统具有热效率高、系统简化紧凑的优点，是非常有前景的第四代核反应堆系统。
采用拟合关系式法开发了一套全区域范围的CO2热力物性快速计算关系式，通过与NIST REFPROP程序对比，验证了关系式的高精度和快速度。建立了压缩机、透平、回热器、冷却器和堆芯等部件的数学模型，在此基础上开发了超临界CO2反应堆布雷顿循环系统的热力分析程序，通过与MIT的计算结果进行对比验证了程序的可靠性。程序具有对单级回热系统和双级回热系统的热力分析计算能力，能够自动搜索出堆芯温度分布和系统压力场、温度场、比焓场、密度场和速度场等参数。
采用本程序对MIT提出的双级回热超临界CO2反应堆系统的重要参数做了热力敏感性分析。根据换热器体积不变原则，本文为该反应堆设计了单级回热环路，并对该系统的重要参数做了热力敏感性分析。通过对两种系统的敏感性分析，揭示了两种系统的基本热力特性，得出以下结论：
（1）随着压缩机入口压力和温度发生改变，两种系统均存在热效率极值，且热效率极值点均位于CO2拟临界点附近。从系统热效率的角度考虑，须设置合理的压缩机运行参数来减小压缩机耗功，从而提高系统热效率。
（2）提高透平运行参数有利于提高系统热效率极值，然而透平参数的提高受到最高包壳温度和最高芯块温度的限制。
（3）在堆芯出口温度固定的情况下，最高包壳温度和最高芯块温度受堆芯入口温度和载热工质流量两个因素的影响，其中载热工质流量占主导作用，提高载热工质流量有利于减小最高包壳温度和最高芯块温度。
本文开发的程序为超临界CO2反应堆布雷顿循环系统的概念设计和热力分析提供一套有力工具，具有重要的应用价值和工程意义。
关键词：超临界二氧化碳反应堆；布雷顿循环；程序开发；热力分析
论文类型：应用基础
