[發(fā)明專利]一種壓力容器下封頭熱流密度的模擬裝置及模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310273840.0
• 申請日: 2013-07-02
• 公開（公告）號: CN103354102A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發(fā)明（設計）人: 張震;熊萬玉;王雄;李朋洲;卓文彬
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G21C17/00
• 分類號: G21C17/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 譚新民

技術領域

本發(fā)明涉及核反應堆嚴重事故研究所需的模擬設備領域，具體是一種壓力容器下封頭熱流密度的模擬裝置及模擬方法。

背景技術

從人類開始利用核能至今，全球已經(jīng)發(fā)生了多起嚴重的核泄漏事故，比如美國三里島核泄漏事故、前蘇聯(lián)切爾諾貝利核泄漏事故和日本福島核泄漏事故。通過分析上述核泄漏事故的發(fā)展和處理過程可以發(fā)現(xiàn)，將堆芯熔融物滯留在壓力容器內(nèi)，保證反應堆壓力容器的完整性，可以極大地緩解嚴重事故的進一步發(fā)展和惡化。現(xiàn)在，已有較為完整的反應堆熔融物堆內(nèi)滯留策略，影響反應堆熔融物堆內(nèi)滯留策略能否成功的關鍵點即在于壓力容器下封頭外表面流動傳熱特性以及臨界熱流密度。

為了掌握下封頭外表面流動傳熱特性以及獲得壓力容器下封頭外表面臨界熱流密度限值，迫切需要一種壓力容器下封頭熱流密度的模擬裝置及模擬方法，該裝置必須能模擬下封頭在不同事故條件下的表面熱流密度，同時可與其他結構形成冷卻通道。至今為止，未見關于一種適用于核反應堆壓力容器下封頭的模擬方法以及模擬裝置的文字記載。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供應用于一種壓力容器下封頭熱流密度的模擬裝置及模擬方法，解決模擬半球形壓力容器下封頭熱流密度分布的問題。

本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)：

一種壓力容器下封頭熱流密度的模擬裝置，包括整體呈長方體的弧形模擬器，所述弧形模擬器向其中一個側面彎曲，形成橫截面為矩形的四分之一個圓環(huán)，其外徑為R，內(nèi)徑為R-B，B為弧形模擬器的厚度，弧形模擬器的寬度為Am。本發(fā)明的弧形模擬器整體結構上采用橫截面為矩形的長方體彎曲而成，?在弧形模擬器的間距為Am兩個側面上，焊接一個U型的不銹鋼圍板，U型不銹鋼圍板與弧形模擬器半徑為R的表面共同形成封閉的冷卻通道，U型不銹鋼圍板底面的曲率中心與弧形模擬器的曲率中心相同，模擬器件的加熱，是通過在弧形模擬器上打孔，并嵌裝電加熱元件，通過電加熱元件發(fā)熱實現(xiàn)弧形模擬器的加熱。

可以模擬出下封頭在不同事故條件下的表面熱流密度，還可以同時實現(xiàn)下封頭冷卻流量的模擬，該模擬裝置可以模擬嚴重事故條件下下封頭在不同事故條件下的表面熱流密度，同時模擬裝置還可與其他結構共同形成冷卻通道，以用于實驗室開展嚴重事故條件下壓力容器下封頭外表面流動傳熱特性以及臨界熱流密度實驗，獲得下封頭外表面臨界熱流密度限值，為嚴重事故緩解系統(tǒng)的設計和有效性評估提供依據(jù)。

所述弧形模擬器的寬度Am與被模擬的投影為扇形的半球形下封頭的弧形切片寬度相同處的仰角為模擬角度qm。進一步講，為了獲得某角度的臨界熱流密度值，而將這個角度作為模擬角度qm，進而確定熱流密度的分布；嚴重事故緩解系統(tǒng)的設計和有效性評估時會需要反應堆壓力容器下封頭各個角度處的臨界熱流密度值，因此需要開展實驗，以獲得隨角度變化的臨界熱流密度值。在實驗中一次只能獲得單個角度處的臨界熱流密度值，而獲得不同角度處臨界熱流密度值的實驗，需要使用的熱流密度分布各不相同，因此，為了獲得某角度處的臨界熱流密度值，需要先將這個角度作為模擬角度，再根據(jù)后續(xù)的四個計算式分別計算出切片結構所占比例、實驗所需流量以及實驗所需熱流密度分布。

一種壓力容器下封頭熱流密度的模擬方法，包括以下步驟：

（a）根據(jù)核反應堆設計結果，獲取核反應堆壓力容器下封頭的外半徑R_下封頭、冷卻流量????????????????????????????????????????????????和下封頭熱流密度分布；

（b）根據(jù)所用熱源的功率，選取弧形模擬器的寬度Am和厚度B，寬度Am范圍為50～500mm，厚度B范圍為20～150mm，弧形模擬器的外半徑R與核反應堆壓力容器下封頭的外半徑R_下封頭相等；

（c）確定需要模擬的角度q_m，0°<q_m<90°，需要獲得下封頭外表面在角度a處的臨界熱流密度時，則令模擬角度q_m與a相等；

（d）根據(jù)以下公式計算半球形下封頭的切片結構占半球形下封頭結構的比例x，

??

其中，Am為弧形模擬器的寬度，單位為m；R為弧形模擬器的外半徑，單位為m；qm為被模擬的角度；

（e）根據(jù)以下公式計算模擬裝置需要的冷卻流量

???，其中m_p為反應堆壓力容器下封頭外表面的冷卻流量；

（f）當0°<q??q_m時，根據(jù)以下公式計算出模擬裝置需要的熱流密度分布，