学校lol赛事官网
消氢能力提升约16倍!哈工程学子守护中国核电安全!
作者
谷雪 徐伟哲
来源
核学院
点击数
更新时间
2022-07-06

分享

氢气在安全壳内积聚容易导致核电站爆炸,因此高效的消氢装置对于提高核电站安全性具有重要意义。近日,哈工程5位本科生设计出完全拥有自主知识产权的“基于球形催化颗粒的新型组件式非能动高效氢气复合器”较现有设备理想条件下消氢能力最大可提升约16倍

该项目得到“华龙一号”核电站设计与运行单位的全面肯定,在第十七届“挑战杯”全国大学生课外lol电竞下注科技作品竞赛中获得国家级一等奖,取得专利、软件著作权、发表论文等7项(篇)。团队成员孙志远、李昊洋、高全燚、曹巍、周雨锋也凭借优异成绩成功保研至清华大学、浙江大学、上海交通大学、西安交通大学等高校。这群哈工程青年立志守护中国核电安全!

大胆设想 用简单结构解决大问题

在《核工程与核技术专业导论》课上,团队成员了解了2011年福岛核事故发生的原因,他们开始思考如何避免因氢气聚集引起爆炸事故的发生。

经过调研,团队成员发现非能动氢气复合器是消除安全壳内氢气的重要手段,能够使氢气在催化剂作用下发生化学反应变成水蒸气,避免安全壳内发生爆炸。而当前国内外常见的非能动氢气复合器存在消氢效率低、体积大的问题,不利于设备布置、安装以及维护。

“能否通过改进非能动氢气复合器的设计,提高它的消氢效率,来保证核电站的安全呢?”项目负责人、核学院2018级本科生孙志远思考着这个问题。

核反应堆堆芯有板状、棒状、球形等元件形状,形状不同会影响元件的性能。团队成员们得到启发,想到通过改变催化板的形状扩大催化剂与氢气的接触面积,提高消氢效率。成员们选择了比表面积大的球形催化颗粒进行设计。从反应堆堆芯插入的燃料棒得到灵感,团队成员确定了多孔圆柱体的中空结构球床通道代替原本的催化板。与一般随机填充球床通道相比,中空结构球床通道的空气流通阻力减少了约90%。这一结构也易于实现、十分稳定。“通常来说,核电站中越复杂的结构面临着越高的安全风险,我们设计的这种结构看起来很简单,但却更安全。”孙志远说。

团队成员在进行相关实验

消氢复合反应过程会剧烈释热,为了防止出现局部过热引起的安全隐患,团队根据氢气流动的规律,采用离散单元法(DEM)与计算流体力学 (CFD)方法结合,提出催化颗粒轴向分层布置、组件单元分区布置、催化颗粒高温自保护等创新设计,使消氢装置表面温度能够始终低于氢气爆炸极限值,达到提高消氢效率和优化热量分布的统一。

“现有氢气复合器维护时,需要工作人员们进入高温高辐照环境中处理数小时。针对氢气复合器的维护,你们有什么好的想法吗?”核电站技术人员的疑问,为团队的进一步创新指明了新方向。团队首创氢气复合器“在线自清洁”的集成设计构想,加入热风吹扫装置,利用内循环加热,就地实现组件单元自动催化能力再生。模拟得知,该装置在200℃左右加热1小时,催化能力可恢复至97%,简化维护流程,提高工作效率。

团队研发的新型组件式非能动高效氢气复合器

经测算,“基于球形催化颗粒的新型组件式非能动高效氢气复合器”消氢速率约为 38 kg/h。相比于目前广泛使用的氢气复合器,理想条件下消氢能力最大可提升约16倍,同时实现了阻力平衡和反应速率合理控制与优化,装置体积也缩小60%。

在实践中lol联赛竞猜 团队合作是“通关秘笈”

一个项目的成功离不开优秀的团队。团队成员均为核学院2018级本科生,他们在合作中共同进步。几个人分工合作,每个人都有独立负责的创新部分,都是团队不可或缺的一部分。

在进行热量优化实验前,团队成员并没有接触过建模相关工具,大家都是边实践边学。“我们还给介绍相关算法的论文作者发过邮件,询问研究过程,什么方法都试过了。”曹巍说。成员们发现离散单元法与计算流体力学并不兼容,高全燚主动申请自学Python编程,创新设计转换程序,使通道的几何模型顺利搭建,团队因此获得一项软件著作权。“有目的地lol联赛竞猜并付诸实践,会让我们更快更牢地掌握知识和技能。”他说。

团队需要不断调整网格分辨率模拟多种工况,每次都需要几个小时,经常出现怎么调试都不对的情况,只能选择不同的模型重新开始。经历了半年的参数调整,他们终于得到保持中空结构与热量分布均衡的最优解。那段时间,团队成员经常深夜想起一个点子,立马爬起来计算。“只要投入够了,晚上睡觉做梦都想这事儿。”李昊洋说。

要学会用lol电竞下注语言阐述自己的观点,研读文献资料是科研入门的必经之路。在撰写专利申报书时,团队成员大量阅读文献,lol联赛竞猜lol电竞下注语言逻辑和表述思路。这段时间,他们几乎整天泡在实验室里,饿了就啃一口面包继续干,经常回到寝室已经接近凌晨。

修改答辩材料时刚好赶上期末考试,团队成员会制定好每天的lol联赛竞猜计划和目标。“按照轻重缓急划分事情,分配好时间,集中精力、提高效率完成先最重要的部分。”周雨锋说。“我们参加比赛的目的一致,就是为了锻炼自己,大家都没有功利心,看淡结果也使我们的合作更默契。”孙志远说。

师长关怀 “华龙一号”总师邢继点赞

摸着石头过河,这一创新项目的研发中遇到很多困难。学院党委副书记刘铁来到实验室看望并鼓励团队成员,“学院相信你们,有什么需要,尽管提!”他有力的话语给团队成员吃了一颗“定心丸”;校友、“华龙一号”总设计师邢继与团队交流后,为这一创新项目点赞,并给出发展建议;核学院首任名誉院长、中国工程院院士孙玉发教授鼓励学生们坚持研究,深耕核科学领域做出更大成绩......他们的关心和支持,是团队实现创新的强大动力。

团队与指导教师合影

在丁铭和郭泽华两位老师的指导下,成员们进一步完善项目内容和专利申报书。在进行球床通道流动阻力实验时,丁铭手把手教学,指导成员们重视细节对实验结果的影响,时刻提醒他们注意装置的安全性;修改申报书时,郭泽华经常因为小问题与他们讨论许久,高标准要求研究思路的清晰和对问题本质的把握。他们更是逐字逐句地审阅申报书,提出修改意见。“在老师身上,我们学到了对待科研问题一丝不苟的专业态度,和不解决问题不罢休的拼搏精神。”团队成员曹巍说。

“能够解决实际问题,才是科学研究的最终目的。”团队成员周雨锋说。为了了解核电站的实际建设情况,明确项目的应用价值,辅导员李大任带领成员们赴福清、烟台等地,调研“华龙一号”核电站,与工作人员交流lol联赛竞猜。

团队成员与邢继交流

在烟台,成员们见到了师兄、“华龙一号”总设计师邢继,并与他交流lol联赛竞猜。“学生们围绕新型组件式的非能动氢气复合器开展的一系列创新研究,对核电站的安全具有重要意义,可有效消除事故后的氢爆风险,为我国核电安全的发展保驾护航。”邢继在肯定了他们的创新项目后,也为后续的研究方向提出了建议。团队还与核领域专家孙玉发院士通过电话交流项目进展,得到了孙院士的鼓励和支持。

团队调研“华龙一号”核电站并与工作人员交流

经过努力,团队不负众望,拿到了省赛一等奖,这给了团队成员更大的信心。在对答辩材料几百次修改和熟悉后,团队走上了国赛的战场。他们将团队取名“核0-1”,希望实现从零到一的突破。最终,凭借项目先进的研究思路、完全创新的解决方法和对进一步研究的明晰,团队一举拿下国赛一等奖。

“从实际出发,了解问题的本质,用实验验证自己的想法,在失败中总结经验,才有可能形成创新成果。创新从来不是天马行空的想象。”孙志远说。

目前,该项目已经正式立项,学院相关课题组开展下一阶段的设计和应用研究。“希望未来的‘华龙二号’或者‘华龙三号’上能够有我们设计的装备,从安全到更安全,大家会一直为这个目标努力。”这是团队成员共同的愿望。

编辑:胡莹洁  审核:赵琳琳
英雄联盟竞猜平台
新闻最新 更多>