强制循环指的是采暖管道（供水管与回水管）中的水通过热交换器附近水泵的作用，进行强制抽取，达到建筑中采暖管道内的水循环。暖气就是通过热水的循环、散热，达到取暖的目的。

强制循环蒸发系统可以处理粘度大、易结垢或易结晶的溶液，由于其传热效果好，蒸发效率高，是氧化铝生产工艺中蒸发工序的重要组成部分，强制循环蒸发系统的主要任务是蒸发掉溶液中多余的水分，使蒸发出的产品密度达到工业规定的要求，并且保持液位不出现大的波动，从而起到稳定生产的作用。

强制循环蒸发系统由分离室、加热室、循环泵、出料阀和进汽阀组成。进料液通过循环泵打入加热室和加热蒸汽进行热交换，加热后的溶液通过加热管出口进入分离室。分离室出口为蒸发掉的二次燕汽，被蒸发的溶液部分经过出料管排出，部分经过循环管和进料液汇合进行再次蒸发。

在蒸发过程中，循环母液中的碳酸钠、硫酸钠等杂质的不断积累，它不仅会堵塞管道，降低设备运转率，而且会在流程中循环增加能耗，所以除杂尤为重要。由于杂质的溶解度随碱液浓度的提高而降低，碱液达到较高浓度时，碳酸钠、硫酸钠等杂质才能结晶析出。而且碱液调配时低浓度的原液与较高浓度的蒸发母液才能配制成合格的循环母液。因此蒸发母液中氢氧化钠浓度的提高对于增加单位体积的配矿量，提高碱液循环效率以及除去杂质有着重要的意义。但是，由于氢氧化钠具有强腐蚀性，浓度过高会损坏热交换表面，影响蒸发过程的顺利进行，同时，把原液蒸发到过高浓度也不利于节约加热蒸汽。由于强制循环燕发器出料中的苛性碱浓度高达280g/L-290g/L，受浓度检测仪表量程的限制，因此，需要通过控制出料密度快速跟踪规定的设定值，从而间接地控制碱液浓度达到工艺指标范围内是强制循环蒸发系统的主要控制目标。

另一方面，在工艺上通常要求强制循环燕发系统的液位保持在低于加热管出口而高于循环管入口处。因为此时碱液出口流速最大，动能最高，循环泵提供的能量最大；电流最高，从而保证蒸发效率达到最佳。液位过高，液柱静压增加，不仅影响蒸发效率，而且易造成跑碱事故。液位过低，溶液沸腾猛烈，又易造成雾珠夹带严重.所以蒸发器液面的正确位置和相对稳定是蒸发操作的另一个控制目标。

为了选择合理的控制方案，使系统具有更好的控制性能需要建立系统的动态数学模型。首先，对系统作如下假设和简化：

1.系统是绝热的，没有热量损失；

2.溶液的比热容在工作点附近近似为常数，且溶液的温度分布均匀；

3.蒸汽的汽化潜热在工作点附近近似为常数。

任何一个控制输入量改变将会对所有输出变量产生影响，因此强制循环蒸发系统是一个多变量强藕合的复杂非线性系统。一般采用两个简单的单回路，常规PID控制策略来控制强制循环蒸发系统。但是，由于在实际的生产过程中，系统受到干扰因素较多，如进料液的流量、密度和温度的波动，进料溶液的比热容也会随着进料液的性质不同而改变，加热蒸汽的压力，以及在蒸发过程中析出的盐类在加热管内壁形成结疤，使蒸发器的传热系数急剧下降、环境的变化等。在这些扰动作用下，仅仅采用常规PID控制往往难以在跟踪性、鲁棒性及抗干扰性方面达到满意的控制效果，从而导致强制循环蒸发系统无法维持在最佳操作状态。另外，由于系统具有多变量、强藕合、非线性等复杂特性，所以强制循环蒸发系统的非线性解藕控制策略的研究是必要的。

所研究的强制循环和自然循环是针对核船压水堆（PWR）一回路系统的。根据现有的理论和实验研究，在海洋条件引起的船舶诸种运动状态（如倾斜、起伏和摇摆）中，起伏对一回路的各种热工水力特性的影响是最严重的。尤其当起伏加速度较大的时候，反应堆中流动不稳定、空泡波动等现象更加明显。

从理论上分析了核动力舰船仅作竖直运动时冷却剂的受力情况，简化了核船作竖直运动的自然循环能力的数学模型，计算分析了核船起伏时，一回路冷却剂流量变化和反应堆输出功率变化的情况，并用热工准则评价了安全性。

1.设计工况下，利用主泵强制循环时，起伏对冷却剂流量的影响很小，基本不影响反应堆的输出功率。三条热工设计准则全都能够满足。这是因为驱动压头与主泵提供的扬程比起来太小了，强制循环冷却剂流动主要靠主泵驱动，驱动压头的变化微不足道。由于起伏是海洋条件诸情况中对核动力装置热工水力特性影响最大的，因此可以推断出任何海洋条

件对一回路强制循环没有明显影响，核动力装置能够在海洋条件下靠强制循环安全运行。

2.船起伏时，自然循环流量波动和反应堆输出功率的波动比强制循环时要大得多。起伏加速度越大，流量波动幅度越大。这是因为自然循环流动是靠驱动压头驱动的，起伏加速度使得驱动压头发生了较大的变化。船起伏运动上升（下降）到最高（最低）点之后短时间内，也就是船有最大的向下（向上）加速度之后短时间内，自然循环流量达最小（最大）值。

3.自然循环情况下，船按简谐规律起伏时，冷却剂流量、反应堆输出功率也明显地按简谐规律变化，具有与起伏相同的周期。起伏运动不停止，冷却剂流量波动就不停止。基本可以推断：起伏时，流量波动跟随起伏规律，具有与起伏规律相似的波动规律。

4.船按简谐规律起伏时，起伏加速度和起伏周期对自然循环能力的影响。在本计算范围内，相同周期时，最大起伏加速度越大，流量波动幅度越大。有相同的最大起伏加速度时，流量波动幅值基本相同，与周期关系不太大。但若周期很短，流量波动就很小了。由此可知，高频振动对自然循环无影响，这与日本的高频振荡实验结果相吻合。

5.自然循环在船起伏情况下热工设计准则的满足情况。包壳表面最高温度、芯块中心最高温度和最小烧毁比都满足热工设计准则。堆芯热通道的出口含汽率随着起伏运动时流量波动而波动，在流量最小时，有最大值，此值比稳态自然循环时的出口含汽率高。即起伏运动会使出口含汽率增加。在起伏剧烈的情况下，出口含汽率有可能会超过安全准则值，这时，应降低自然循环工况的运行参数，在更低的自然循环能力水平上工作。