一种应用于零维液态燃料熔盐堆的功率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于零维液态燃料熔盐堆的功率控制方法，包括以下步骤：（1）建立零维的液态燃料熔盐堆的堆芯非线性模型；（2）利用微扰线性化方法对步骤（1）中所述的堆芯非线性模型进行线性化，得线性化模型；（3）基于所述线性化模型，采用棒控系统，实现零维液态燃料熔盐堆的功率控制，该方法获得的堆芯功率控制系统使用方便，控制效率高，鲁棒性能强。

A power control method applied to zero dimensional liquid fuel molten salt reactor

【技术实现步骤摘要】
一种应用于零维液态燃料熔盐堆的功率控制方法
本专利技术涉及核工程领域，具体涉及一种应用于液态燃料熔盐堆的功率控制方法。
技术介绍
液态燃料熔盐堆在经济性、安全性和燃料增殖方面具有独特优势，正逐渐引起世界各国的关注：美国的橡树岭国家实验室最先提出熔盐堆的概念，并于1954年完成首座2.5MW的空间用熔盐实验堆的建造，空间用熔盐实验堆反应堆首次使用熔盐燃料NaF-ZrF4-UF4，该燃料的最高运行温度为882℃，空间用熔盐实验堆的堆芯中，熔盐在INOR-8管道中流动，氧化铍为慢化剂。欧洲科学家则致力于熔盐快堆研究，熔盐快堆的概念由法国国家科学研究中心提出，并由欧洲5个国家12个研究单位合作开展研究，目标是至2013年底，基于物理、化学和材料研究，推荐一个最优系统配置的MSFR设计；此外，捷克目前也正积极从事小规模熔盐堆实验相关研究，在EROS计划的支持下，捷克提出了在实验堆LR-0中插入类MSR组件，焚烧乏燃料的MSR-SPHINX研究计划。我国的熔盐堆的研究可追溯到20世纪60-70年代原上海原子核研究所开展了熔盐与石墨组成零功率堆实验，仅几年，中国科学院目前将“钍基熔盐核能系统纳入先导专项战略性先导专项之一的“未来先进核裂变能”当中。在液态燃料熔盐堆中，主泵驱动熔盐燃料在主回路系统中流动，燃料熔盐的流动导致缓发中子先驱核在堆外回路中发生衰变，流回堆芯的缓发中子先驱核浓度降低，这直接影响堆芯反应性变化，最终影响堆芯功率水平的变化。考虑到目前的液态燃料熔盐堆只使用控制棒控制功率，基于零维的液态燃料熔盐堆的堆芯动力学，可以建立零维的液态燃料熔盐堆的堆芯非线性模型。此外，基于微扰理论和状态空间建模方法对零维的液态燃料熔盐堆的堆芯非线性模型进行线性化处理，得到液态燃料熔盐堆零维的堆芯线性化模型，进而可以得出应用于液态燃料熔盐堆的功率控制方法，进而实现控制液态燃料熔盐堆功率的目的。
技术实现思路
为了得出应用于液态燃料熔盐堆的功率控制方法，本专利技术做出了功率控制模型改进。本专利技术提出了一种应用于液态燃料熔盐堆的功率控制方法。本专利技术的目的可以通过如下技术方案实现。本专利技术提供了一种应用于零维液态燃料熔盐堆的功率控制方法，包括以下步骤：(1)建立零维的液态燃料熔盐堆的堆芯非线性模型；(2)利用微扰线性化方法对步骤(1)中所述的堆芯非线性模型进行线性化，得线性化模型；(3)基于所述线性化模型，采用棒控系统，实现零维液态燃料熔盐堆的功率控制。优选地，步骤(1)中所述建立零维的液态燃料熔盐堆的堆芯非线性模型的步骤包括：基于点堆动力学模型，根据中子密度与缓发中子先驱核密度守恒原理，建立零维的液态燃料熔盐堆的堆芯物理模型：在式(1-2)中，在式(1-4)中，在上式(1-1)至(1-4)中，θi表示第i组缓发中子先驱核密度；ξ表示引入堆芯的总反应性；Pcore表示熔盐堆功率；t表示时间变量；λi表示第i组缓发中子先驱核衰减常数；β表示缓发中子总份额；βi表示第i组缓发中子份额；Λ表示堆内中子代时间；tout表示燃料熔盐在堆外管道内流动的时间，tout在熔盐速度确定时为常数；tin表示熔盐燃料在堆芯内部的流动时间，tin在熔盐速度确定时为常数；exp是自然常数e为底的指数函数；ai、bi均为液态燃料熔盐堆中第i组缓发中子的特征参数，与熔盐堆内缓发中子先驱核衰减常数、熔盐燃料流动时间相关；在上述式(1-5)和(1-6)中，θir表示第i组缓发中子先驱核相对密度，θir(t)＝θ(t)/θ0；相对功率Pr(t)＝Pcore(t)/P0，θ0表示堆芯初始稳态先驱核浓度，P0表示堆芯初始稳态功率；θ(t)表示t时刻的堆芯功率；基于燃料熔盐和慢化剂的能量守恒，假设燃料熔盐和慢化剂的物性参数为常数，系统的流动为不可压缩流动，建立零维的液态燃料熔盐堆的堆芯热工模型；其中，那么式(1-7)和(1-8)可以写成，式(1-7)、(1-8)、(1-9)、(1-10)中，P0表示液态燃料熔盐堆的初始稳态功率；Pr表示液态燃料熔盐堆的相对功率；Tg为慢化剂平均温度；Ts为燃料熔盐平均温度；Tso为堆芯熔盐出口温度；Tsi为堆芯熔盐进口温度；γ为燃料产热总份额；Ms表示燃料的质量；Cps为燃料的定压比热容；Mg表示慢化剂的质量；Cpg为慢化剂的定压比热容；h为燃料和冷却剂间的换热系数；tin表示熔盐燃料在熔盐堆内的流动时间；液态燃料熔盐堆的反应性平衡方程为，ξ＝ξ0+ξrod+αs(Ts-Ts(0))+αg(Tg-Tg(0))(1-11)式(1-11)中：此外，在式(1-11)中，ξ0表示初始反应性；ξrod表示控制棒引入的反应性；αs、αg分别表示燃料熔盐温度反馈系数和慢化剂温度反馈系数；Ts(0)、Tg(0)分别表示稳态时刻堆芯燃料熔盐平均温度和堆芯慢化剂平均温度。βi表示第i组缓发中子份额；λi表示第i组缓发中子先驱核衰减常数；Ts为燃料熔盐平均温度；Tg为慢化剂平均温度；tin表示熔盐燃料在熔盐堆内的流动时间；tout表示熔盐燃料在熔盐堆外的流动时间；exp是自然常数e为底的指数函数；那么，式(1-5)、(1-6)、(1-9)、(1-10)、(1-11)就构成了零维的液态燃料熔盐堆的堆芯非线性模型。优选地，步骤(2)中所述利用微扰线性化方法对步骤(1)中的堆芯非线性模型进行线性化的步骤为：令零维的液态燃料熔盐堆的堆芯一个可变参数为Vp，依据微扰线性化方法，Vp＝Vp(0)+δVp，Vp(0)为该参数初始稳态值；δ为微小扰动量，δVp为参数Vp的微小扰动量；假设零维的液态燃料熔盐堆的堆芯燃料熔盐入口温度恒定，则式中，δTs为燃料熔盐平均温度微小扰动量；δTsi为堆芯熔盐进口温度微小扰动量；δTso为堆芯熔盐出口温度微小扰动量；把式(1-5)线性化:式中，ξ(0)为初始稳态工况下引入堆芯的总反应性；Pr(0)为初始稳态工况下堆芯相对功率；把式(1-6)线性化：把式(1-9)线性化:把式(1-10)线性化:把式(1-11)线性化：根据式(1-12)、(1-13)、(1-14)、(1-15)、(1-16)，建立零维的液态燃料熔盐堆的线性状态方程模型，(1-17)式中：u＝[δξrod]，表示输入量；y＝[δPr]，表示输出量；x＝[δPr,δθ1r,δθ2r,δθ3r,δθ4r,δθ5r,δθ6r,δTso,δTg]T，表示9×1状态变量阵；A表示9×9系统矩阵；B表示9×1输入矩阵；C表示9×1输出矩阵；D表示1×1零矩阵；x表示与A、B矩阵相关量，y表示与C、D矩阵相关量；A、B、C和D的表达式如下，C＝[100000000]D＝[0](1-12)、(1-13)、(1-14)、(1-15)、(1-16)和(1-17)式中，λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6分别为第1组、第2组、第3组、第4组、第5组、第6组缓发中子先驱核的衰变常数；β1、β2、β3、β4、β5、β6分别为第1组、第2组、第3组、第4组、第5组、第6组缓发中子的份额；a1、a2、a3、a4、a5、a5、a6分别为第1组、第2组、第3组、第4组、第5组、第6组缓发中子特征参数，与熔盐堆内缓发中子先驱核衰减常数、熔盐燃料流动时间相关；b1、b2、b3、b4、b5、b5、b6分别为第1组、第2组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于零维液态燃料熔盐堆的功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立零维的液态燃料熔盐堆的堆芯非线性模型；(2)利用微扰线性化方法对步骤(1)中所述的堆芯非线性模型进行线性化，得线性化模型；(3)基于所述线性化模型，采用棒控系统，实现零维液态燃料熔盐堆的功率控制。

【技术特征摘要】
1.一种应用于零维液态燃料熔盐堆的功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立零维的液态燃料熔盐堆的堆芯非线性模型；(2)利用微扰线性化方法对步骤(1)中所述的堆芯非线性模型进行线性化，得线性化模型；(3)基于所述线性化模型，采用棒控系统，实现零维液态燃料熔盐堆的功率控制。2.根据权利要求1所述应用于零维液态燃料熔盐堆的功率控制方法，其特征在于，步骤(1)中所述建立零维的液态燃料熔盐堆的堆芯非线性模型的步骤包括：基于点堆动力学模型，根据中子密度与缓发中子先驱核密度守恒原理，建立零维的液态燃料熔盐堆的堆芯物理模型：在式(1-2)中，在式(1-4)中，在上式(1-1)至(1-4)中，θi表示第i组缓发中子先驱核密度；ξ表示引入堆芯的总反应性；Pcore表示熔盐堆功率；t表示时间变量；λi表示第i组缓发中子先驱核衰减常数；β表示缓发中子总份额；βi表示第i组缓发中子份额；Λ表示堆内中子代时间；tout表示燃料熔盐在堆外管道内流动的时间，tout在熔盐速度确定时为常数；tin表示熔盐燃料在堆芯内部的流动时间，tin在熔盐速度确定时为常数；exp是自然常数e为底的指数函数；ai、bi均为液态燃料熔盐堆中第i组缓发中子的特征参数，与熔盐堆内缓发中子先驱核衰减常数、熔盐燃料流动时间相关；在上述式(1-5)和(1-6)中，θir表示第i组缓发中子先驱核相对密度，θir(t)＝θ(t)/θ0；相对功率Pr(t)＝Pcore(t)/P0，θ0表示堆芯初始稳态先驱核浓度，P0表示堆芯初始稳态功率；θ(t)表示t时刻的堆芯功率；基于燃料熔盐和慢化剂的能量守恒，假设燃料熔盐和慢化剂的物性参数为常数，系统的流动为不可压缩流动，建立零维的液态燃料熔盐堆的堆芯热工模型；其中，那么式(1-7)和(1-8)可以写成，式(1-7)、(1-8)、(1-9)、(1-10)中，P0表示液态燃料熔盐堆的初始稳态功率；Pr表示液态燃料熔盐堆的相对功率；Tg为慢化剂平均温度；Ts为燃料熔盐平均温度；Tso为堆芯熔盐出口温度；Tsi为堆芯熔盐进口温度；γ为燃料产热总份额；Ms表示燃料的质量；Cps为燃料的定压比热容；Mg表示慢化剂的质量；Cpg为慢化剂的定压比热容；h为燃料和冷却剂间的换热系数；tin表示熔盐燃料在堆芯内部的流动时间，tin在熔盐速度确定时为常数；液态燃料熔盐堆的反应性平衡方程为，ξ＝ξ0+ξrod+αs(Ts-Ts(0))+αg(Tg-Tg(0))(1-11)式(1-11)中：此外，在式(1-11)中，ξ0表示初始反应性；ξrod表示控制棒引入的反应性；αs、αg分别表示燃料熔盐温度反馈系数和慢化剂温度反馈系数；Ts(0)、Tg(0)分别表示稳态时刻堆芯燃料熔盐平均温度和堆芯慢化剂平均温度；βi表示第i组缓发中子份额；λi表示第i组缓发中子先驱核衰减常数；Ts为燃料熔盐平均温度；Tg为慢化剂平均温度；tin表示熔盐燃料在熔盐堆内的流动时间；tout表示熔盐燃料在熔盐堆外的流动时间；exp是自然常数e为底的指数函数；那么，式(1-5)、(1-6)、(1-9)、(1-10)、(1-11)就构成了零维的液态燃料熔盐堆的堆芯非线性模型。3.根据权利要求2所述应用于零维液态燃料熔盐堆的功率控制方法，其特征在于，步骤(2)中所述利用微扰线性化方法对步骤(1)中的堆芯非线性模型进行线性化的步骤为：令零维的液态燃料熔盐堆的堆芯一个可...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志峰，曾文杰，
申请(专利权)人：华南理工大学，南华大学，
类型：发明
国别省市：广东,44