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冰区浮动核电平台破损进水过程数值模拟
| 论文题名： | 冰区浮动核电平台破损进水过程数值模拟 |
| 关键词： | 浮动核电平台;碎冰密集度;破损进水;时域模拟;动态调配 |
| 摘要： | 社会经济稳步增长的同时陆地资源却在减少，众多国家意识到海洋存在新的发展空间。为响应国家2035年远景目标，将国家深海、深层和非常规油气资源的综合利用充分发挥，依靠反应堆将能源供给于偏远海岛，解决海岛的电力和淡水等困境，使得浮动核电平台拥有巨大的发展潜力。但海洋环境恶劣，风、流、冰等众多因素均可能影响浮动核电平台的安全性，若因不可抗因素发生碰撞，导致舱室破损进水，则会影响浮动核电平台的浮态。在进水过程中，也很有可能存在比最终状态更加危险的中间浮态，若碰撞更为严重，则会导致核反应堆泄漏，后果不堪设想。因此，本文基于实际工程项目，使用CFD（ComputationalFluidDynamics）软件，开展了如下工作： （1）选用国际标准模型，设置典型破损工况，利用STAR-CCM+软件对固定状态模型破损进水过程开展数值模拟，并对网格和时间步长进行收敛性分析。最终将监测到的不同舱室进水液面高度与实验结果对比分析，认为数值结果与实验结果基本吻合，由此验证使用STAR-CCM+软件进行浮动核电平台破损进水过程数值模拟的可行性。 （2）选择船体式浮动核电平台和一体圆台式浮动核电平台为研究对象，将船体式浮动核电平台破损情况划分为舱室体积和位置互不相等的3种工况，为进行对比分析，一体圆台式浮动核电平台破损工况同样为3种，通过数值仿真得到横摇，纵摇，垂荡三个自由度的时间历程曲线，针对后者，由组合摇摆角来反映其横摇和纵摇的组合运动。最终认为前者破损进水过程中横摇运动会绕摇摆中心出现明显振荡，纵摇运动很小且垂荡变化趋势是先增大后减小。而后者在破损进水后未出现明显摇摆，结构更加稳定。三种自由度逐渐趋于破舱后的新平衡位置。 （3）考虑模型工作水域和实际的北极冰况，以一体圆台式浮动核电平台迎流方向舱室破损为算例，通过MATLAB编程得到符合条件的单位碎冰矩阵，与STAR-CCM+中的DEM结合，计算得到不同流速和在此基础上碎冰密集度为60%以及50%、60%、70%密集度冰况下的平台破损进水时历曲线。认为流速越大，响应最大值越大，且达到稳定时间越长，碎冰的存在会抑制最终稳定阶段的平台振荡。不同碎冰密集度对模型破损进水过程未产生较大差异。最后通过向进水舱室的对称舱室实时注入压载水的方式调整各舱室进水量，控制平台浮态，最终组合摇摆角和垂荡的最大值均有所减小，同时减少了部分流入舱内的进水量。调整了原始浮态，为浮动核电平台的安全设计提供了基础。 |
| 作者： | 吉艳莉 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 张崎;李红霞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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