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研究背景:

蒸汽发生器是连接核动力系统一回路与二回路的关键设备，其水位直接关系到核电站的安全与稳定运行。水位过高可能导致汽水共腾，降低蒸汽品质并损伤汽轮机；水位过低则可能引起传热管干涸，导致过热甚至结构损伤。在主蒸汽管道破裂（MSLB）事故中，实时监测并准确识别蒸汽发生器水位尤为重要。然而，传统水位测量方法（如差压、声学及浮子式测量）在剧烈汽泡或两相流条件下容易失效，并可能出现虚假水位现象。

随着深度学习与图像识别技术的发展，基于图像的液位识别方法逐渐成为一种新的解决思路。基于此，本文提出并验证了一种基于改进 YOLO-v9 的深度学习水位快速监测方法。结合监测结果与实验数据，进一步分析了 MSLB 事故下蒸汽压力、流量及液位等关键参数的变化规律，为核动力回路的事故诊断与应急措施提供了参考依据。

研究内容：

本文搭建了蒸汽发生器 MSLB 实验平台，通过可视化窗口和高速相机获取真实水位图像，并结合 YOLO-v9 网络和卷积块注意力机制（CBAM）进行水位识别，研究了加热功率、相对破口开度和破口压力对水位动态特性的影响。主要研究内容与结果如下：

1. 动态水位监测方法

提出基于 YOLO-v9 + CBAM 的快速水位识别模型，识别精度达 99.5%。

2. 水位变化规律

• 当相对破口开度 Φ ≤ 20% 时，水位波动较小，无明显上升维持阶段；当 Φ ≥ 30% 时，水位行为发生质变，呈现典型的 上升—维持—下降 三阶段特征。
• 加热功率表现出非线性与阈值效应：在低功率和高功率下，水位波动较温和；在中等功率（如 12 kW）时，水位波动最剧烈。
• 随着破口压力 pb 从 0.05 MPa 增至 0.075 MPa，水位波动幅度显著扩大（3–15%）；但继续增加至 0.1 MPa 时，波动幅度反而缩小（7–10%），表现出 阈值效应。

3. 实验规律总结

• 在 Φ ≥ 40% 的情况下，提高加热功率会缩短水位上升时间并缩短超限维持时间：每增加 2 kW，水位上升时间缩短 25.7%，维持时间缩短 9.5%。
• 增大破口压力可加快水位上升并延长维持时间：每增加 0.025 MPa，上升时间缩短 5.9%，维持时间延长 57.3%。
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论文题目：Experimental Study on Dynamic Level Monitoring of Steam Generator under Different Main Steam Line Break Conditions

论文作者：Biaoxin Wang(汪标鑫); Jianhao Chen(陈建号); Hanbing Ke(柯汉兵); Mei Lin*(林梅); Qiuwang Wang(王秋旺)

发表期刊：Annals of Nuclear Energy, 225 (2026), 111722

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.anucene.2025.111722

研究团队：

林梅，西安交通大学能源与动力工程学院，流体机械及工程系研究员，博士生导师。主要研究方向：基于人工智能的流场分析与预测；复杂条件下的流/热/固耦合分析；极端条件下的固液相变储能研究；高热流密度下的汽液相变冷却分析。目前担任Journal of Fluids Engineering-ASME，Physics of Fluids, Applied Thermal Engineering 等国际期刊评阅人。个人主页为http://gr.xjtu.edu.cn/web/janeylinm