2025年11月14日，大连理工大学教授许条建在深圳核博会核电厂冷源安全论坛发表《波流作用下冷源拦截设施水动力响应模拟研究》主旨报告。
报告介绍了大连理工大学团队在核电拦污网数值模拟与物理模型实验方面的研究。核心内容包括自研集中质量网衣模型、堵塞与不均匀流场影响分析、模型实验相似准则以及网兜结构参数对受力的影响。研究强调雷诺数、密实度、网钢布置等因素会显著影响水动力系数和张力分布，实验与模拟中必须加以校核和修正。
关键点
1. 研究背景与应用场景（00:00）
报告围绕核电取水相关拦污网展开，背景是近年海生物大量爆发并可能造成破坏性事件，因此核电工程中需要配置不同形式的拦污网来保障安全。
2. 自研集中质量网衣模型（00:51）
团队开发了拦污网模拟模型，并计划形成软件。模型将网衣离散为集中质量点，用弹簧连接，可考虑材料非线性、网线张力以及明渠中不均匀流场对网衣运动和受力的影响。
3. 网衣受力的关键因素（01:48）
报告指出计算网衣受力时，水动力系数、水质点速度以及网线投影面积是重要因素。团队展示了将网衣简化为集中质量点后，在流和波浪作用下模拟网衣运动的方法。
4. 堵塞对流场影响的模拟（02:19）
团队还开发了可模拟网衣阻流效果的模型，用于分析网衣被海生物堵塞后，堵塞变化对周围流场的影响。
5. 物理模型实验的相似准则（02:52）
拦污网研究除数值模拟外通常还需物理模型实验，关键在于网衣相似。团队提出的模型相似准则可较准确模拟网衣运动、变形和受力，并说明模型网线有时需要做得比按几何比例更粗，以更准确反映原型受力。
6. 水动力系数修正研究（04:41）
团队通过平面网和网兜模型实验发现，模型实验换算回原型后受力偏大的重要原因是水动力系数没有得到良好换算。通过大量实验对网衣水动力系数进行修正后，计算结果可更准确。
7. 材料、密实度与堵塞的影响（05:49）
团队研究了不同材质和不同密实度网衣的水动力系数。清洁网衣在低密实度下不同公式结果较接近，但严重堵塞或高密实度情况下，既有公式差异很大，因此团队基于高密实度网衣数据进行了拟合。
8. 雷诺数必须在模型实验中校核（07:15）
报告强调雷诺数对水动力系数影响明显，水动力系数随雷诺数增大而减小。若模型实验中雷诺数过小，会导致水动力系数偏大、实验结果显著高于原型，因此需要校核原型与模型雷诺数，并可通过增大网线直径来实现相似。
9. 明渠流场、水位与破损影响（09:39）
团队分析了明渠流场，指出其流速分布并不均匀，模型可考虑不均匀流速影响。不同流量下，常规流量水位下降不明显，流量很大时水位下降较明显；局部网衣破损后，破损处流速会增大，其他区域流速略有下降。
10. 网兜结构参数对受力的影响（10:34）
团队对漂浮式和悬浮式网兜进行了数值计算，并通过一比一模型实验验证。研究内容包括不同攻角、网钢影响、网目形状、口门宽度、单兜与三兜、多兜结构以及主缆长度变化对缆力和网衣张力分布的影响。
11. 纵钢与横钢布置影响张力分配（13:52）
近期计算进一步考虑纵钢和横钢对网衣张力及主缆拉力的影响。结果表明，纵钢与横钢线径相同时整体网衣张力可能最小；缺少横钢或纵钢会使另一方向构件张力增加，增大某一方向线径也会改变纵横钢之间的受力分配。
时间线
00:00 - 报告开场，说明主题为核电拦污网的模拟与实验研究，并引出海生物爆发背景下拦污网的重要性。
00:51 - 介绍团队自研数值模型，包括集中质量方法、非线性材料处理、不均匀流场以及堵塞后流场影响模拟。
02:52 - 转入物理模型实验，讨论网衣相似准则、模型网线尺度处理以及刚度和变形模拟问题。
04:41 - 展示水动力系数相关实验与修正研究，重点讨论模型实验偏差、材质、密实度、堵塞和雷诺数影响。
09:39 - 分析明渠流场、流量变化、水位下降以及局部破损后流速重新分布等工程场景。
10:34 - 介绍网兜整体结构计算与验证，比较不同攻角、网钢、网目形状、口门宽度、多兜形式和缆绳长度的受力差异。
13:52 - 补充近期关于纵钢和横钢的计算结果，说明不同布置和线径会改变网衣及缆绳张力分布，最后结束汇报。
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许条建在深圳核博会报告核电冷源拦截设施水动力响应研究进展
2025年11月14日，在深圳核博会核电厂冷源安全论坛上，大连理工大学教授许条建作了题为《波流作用下冷源拦截设施水动力响应模拟研究》的主旨报告，围绕核电站取水系统面临的海生物爆发风险，介绍了拦物网设施在数值模拟、物理模型实验、水动力参数修正和结构优化设计等方面的研究成果。
报告指出，近年来核电站近岸海域频繁出现海生物大量聚集甚至爆发的情况，可能对取水系统安全运行造成影响，严重时还会引发破坏性事件。为降低此类风险，核电站通常布置平面拦网、网兜式拦网等多种冷源拦截设施，用于拦截海生物和漂浮物。由于拦物网长期处于复杂波流环境中，其受力、变形、堵塞后的流场变化以及缆绳张力分布都会直接关系到工程安全，因此需要通过数值模拟和物理模型实验对其水动力响应进行系统评估。
在数值模型方面，研究团队采用集中质量法将网衣离散为质量点，并通过弹簧连接来描述网衣的运动、变形和受力过程。该模型能够考虑网线材料弹性系数等非线性特征，也可用于流速分布不均匀的明渠环境，分析不同区域流速差异对网衣受力和变形的影响。同时，模型还可模拟恒流与波浪共同作用下的结构响应，并进一步考虑海生物堵塞网衣后对局部流场、整体流场和网衣受力的改变，为复杂工况下的工程评估提供了计算工具。
报告特别强调了物理模型实验中的相似准则问题。对于网衣结构，如果模型相似关系处理不当，实验结果换算到原型后往往会出现受力偏大的问题。研究团队提出网衣双尺度相似准则，即整体轮廓可采用较小比例尺，而网线直径可采用一比一甚至更粗的尺度，以便更准确地模拟原型水动力特征。由于网衣水动力系数会随雷诺数增大而减小，如果模型实验中的雷诺数过小，就会导致水动力系数偏大，从而高估原型受力。因此，在模型设计中适当加粗网线、校核雷诺数，并通过截断等方法处理网衣刚度，是提高实验可信度的重要措施。
在网衣水动力特性研究方面，报告介绍了大量平面网基础实验成果。网衣受力主要由水动力系数、水质点速度和网线投影面积决定，其中水动力系数又受到雷诺数、密实度、材料、堵塞状态和群化处理方式等因素影响。研究显示，在清洁、低密实度网衣条件下，不同经验公式的计算结果较为接近；但当网衣堵塞严重或密实度较高时，不同公式之间差异明显。针对这一问题，团队基于高密实度网衣实验数据建立了适用于堵塞或高密实度状态的水动力系数拟合公式，并对数值模拟和物理实验中常用的网衣群化处理进行了修正。此外，金属网、尼龙网等不同材质网衣的受力差异也被纳入分析，十字交叉网线单元与单根圆柱的对比结果表明，二者水动力系数存在差别，不能简单等同处理。
针对明渠流场与局部破损问题，研究表明，明渠中的流速分布并非完全均匀，模型计算需要考虑不同位置流速差异对网衣受力的影响。在常规流量工况下，拦网引起的水位下降并不明显；只有当流量增大到较高水平时，水位下降才会变得较为显著。当网衣发生局部破损后，破损区域附近流速会明显增大，其他区域流速可能略有下降，但下降幅度有限，这意味着破损位置可能成为新的受力和冲刷风险集中区。
在网兜式拦物网研究中，团队分别对漂浮式和悬浮式网兜进行了受力、变形和缆绳张力计算，并通过一比一模型实验数据验证了数值模型的工程适用性。对于恒流与波浪共同作用下的网兜受力，计算结果也与实验结果进行了对比，验证了模型在波流联合工况下的模拟能力。报告显示，网兜结构参数会显著影响整体受力，其中攻角、系泊缆力、网兜内部张力分布、流速变化、网纲布置和网目形状都是设计中必须重点考虑的因素。对不同攻角的模拟和实验对比表明，目前约71.5度攻角相对较优。
进一步的参数分析显示，随着流速增大，网线张力会逐步增加，口门中部等区域张力增长尤为明显。网纲对网衣受力和系泊缆张力分布具有显著影响，因此在模型实验和数值模拟中不应忽略。菱形网目和方形网目在漂浮式、悬浮式网兜中的受力表现存在差异；口门宽度增大后，总系泊缆力不会按比例增长，但单根最大系泊缆力可能接近翻倍。多兜结构同样会带来更高受力，三兜结构相较单兜受力显著增大，增幅可能超过三倍；对于四兜、六兜组合式网兜，主缆受力特征也需要专门分析。研究还发现，增加主缆长度有助于降低主缆缆力，在四兜结构中表现出一定减载效果。
报告还介绍了纵纲和横纲对结构受力的最新计算结果。将纵纲、横纲纳入网兜模型后，可以更真实地分析其对网衣张力和主缆拉力的影响。当纵纲与横纲线径相同时，整体网衣张力可能最小；如果缺少纵纲或横纲，另一方向网纲的张力会增加，使受力分布更加不利。当纵纲线径由8毫米增至10毫米时，纵纲自身受力增加，而横纲受力减小；横纲线径增大时，则会使横纲自身张力增加、纵纲张力相应减小。这些结果说明，纵横纲的布置和线径组合不仅影响局部受力，也关系到整个网兜系统的安全裕度。
许条建在报告中表示，核电冷源拦截设施的安全设计需要同时依赖可靠的数值模型、严格的物理实验相似准则和经过修正的水动力参数。集中质量法模型已能够覆盖材料非线性、不均匀流场、波流联合作用、堵塞效应和网纲影响等多类复杂工况；而水动力系数修正、雷诺数校核和双尺度模型相似方法，则是降低实验误差、提高工程预测精度的关键。攻角、口门宽度、网兜数量、主缆长度、网目形状以及纵横纲布置等结构参数，均会对拦物网整体受力和安全性能产生重要影响，应在核电厂冷源安全工程设计中进行精细化评估。
