摘 要
核能发电作为全球能源结构中的重要组成部分，其安全性与效率一直是研究的核心议题。冷却系统作为核能发电站的关键组成部分，直接影响反应堆的稳定运行和事故应对能力。本研究旨在通过优化冷却系统的结构设计与运行策略，提升其安全性和热效率。为此，采用计算流体力学（CFD）模拟结合实验验证的方法，对现有冷却系统的流动特性、传热性能及压力分布进行深入分析，并提出一种基于多级循环冷却与智能调控的新型设计方案。结果表明，该方案可显著降低冷却水温升幅度达15%，同时减少泵功耗约10%，从而有效提升整体热效率并降低运行成本。此外，通过引入故障预测模型与实时监控系统，进一步增强了冷却系统的可靠性与应急响应能力。本研究的创新点在于将智能化技术与传统冷却系统设计相结合，实现了性能优化与风险防控的双重目标，为未来核能发电站的安全高效运行提供了理论支持和技术参考。研究成果不仅适用于新建核电站的设计规划，还可用于现有电站的升级改造，具有重要的实际应用价值和广泛推广前景。
关键词：核能发电；冷却系统优化；计算流体力学；智能调控；热效率提升
Abstract
Nuclear power generation, as a crucial component of the global energy structure, has consistently focused on safety and efficiency as core research issues. The cooling system, as a key part of nuclear power plants, directly affects the stable operation of reactors and their ability to respond to accidents. This study aims to enhance the safety and thermal efficiency of cooling systems through optimized structural design and operational strategies. To achieve this, computational fluid dynamics (CFD) simulations combined with experimental validation were employed to conduct an in-depth analysis of flow characteristics, heat transfer performance, and pressure distribution in existing cooling systems. A novel design concept based on multi-stage circulating cooling and intelligent regulation was proposed. Results indicate that this approach can significantly reduce the temperature rise of cooling water by up to 15% while decreasing pump energy consumption by approximately 10%, thereby effectively improving overall thermal efficiency and reducing operational costs. Furthermore, the integration of fault prediction models and real-time monitoring systems has enhanced the reliability and emergency response capabilities of the cooling system. The innovation of this study lies in combining intelligent technologies with traditional cooling system design, achieving dual ob jectives of performance optimization and risk prevention. This provides theoretical support and technical references for the safe and efficient operation of future nuclear power plants. The research findings are not only applicable to the design planning of new nuclear power stations but also suitable for upgrading existing facilities, demonstrating significant practical value and broad prospects for promotion..
Key Words：Nuclear Power Generation；Cooling System Optimization；Computational Fluid Dynamics；Intelligent Control；Thermal Efficiency Enhancement
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 核能发电站冷却系统的重要性与研究背景 1
1.2 冷却系统安全性与效率提升的研究意义 1
1.3 国内外冷却系统研究现状综述 2
1.4 本文研究方法与技术路线 2
第2章 冷却系统安全性与效率的关键影响因素分析 4
2.1 冷却系统的运行原理与基本构成 4
2.2 安全性影响因素的识别与评估 4
2.3 效率提升的主要制约因素分析 5
2.4 关键技术瓶颈及其解决方案探讨 6
第3章 冷却系统安全性提升的技术路径研究 8
3.1 安全性提升的核心技术方向 8
3.1.1 冗余设计优化策略 8
3.1.2 材料耐久性改进措施 8
3.1.3 热工水力特性优化分析 9
3.1.4 故障诊断与预警系统开发 9
3.1.5 应急冷却机制完善方案 10
3.2 安全性评估模型的构建与验证 10
3.2.1 数据采集与处理方法 11
3.2.2 模型建立与参数校准 11
3.2.3 模拟仿真与结果分析 11
3.2.4 不确定性分析与敏感性测试 12
3.2.5 实验验证与反馈优化 12
3.3 典型案例分析与经验总结 13
第4章 冷却系统效率提升的优化策略研究 14
4.1 效率提升的技术路径选择 14
4.1.1 能量回收技术的应用前景 14
4.1.2 流体动力学优化设计方法 15
4.1.3 新型冷却介质的开发与应用 15
4.1.4 系统集成与协同优化策略 15
4.1.5 智能控制技术的引入与实践 16
4.2 高效冷却系统的建模与仿真分析 16
4.2.1 数学模型的构建与求解方法 17
4.2.2 动态仿真平台的搭建与验证 17
4.2.3 参数敏感性分析与优化配置 18
4.2.4 节能潜力评估与经济性分析 18
4.2.5 实际运行数据的对比与验证 18
4.3 效率提升的实际案例与效果评价 19
结 论 20
参考文献 21
致 谢 22
