[發(fā)明專利]一種模擬核反應(yīng)堆上腔室液滴夾帶的壓力容器及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310497698.8
• 申請(qǐng)日: 2013-10-21
• 公開（公告）號(hào): CN103606384A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秋穗正;孫都成;田文喜;巫英偉;蘇光輝;劉建昌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G21C13/02
• 分類號(hào): G21C13/02;G21C17/112;G21C17/10;G21C21/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模擬核反應(yīng)堆上腔室液滴夾帶的壓力容器及方法。

背景技術(shù)

反應(yīng)堆發(fā)生小破口事故后，隨著各級(jí)自動(dòng)降壓系統(tǒng)的相繼打開，系統(tǒng)壓力不斷降低，堆內(nèi)冷卻劑存量也會(huì)由于破口泄漏和水夾帶作用等不斷減少。當(dāng)壓力容器內(nèi)的液位降低到低于出口熱管段時(shí)，壓力容器內(nèi)的衰變熱產(chǎn)生的大量蒸汽會(huì)繼續(xù)將冷卻劑從出口熱管段夾帶出去，使反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)液位進(jìn)一步降低，并可能最終導(dǎo)致堆芯裸露和熔化的嚴(yán)重事故。這種夾帶發(fā)生在反應(yīng)堆壓力容器的上腔室，由于容器側(cè)部出口熱管段的存在使之不同于一般的池式夾帶。同時(shí)，在上腔室內(nèi)有大量的控制棒導(dǎo)向管和支撐柱，這些棒束的存在減小了上腔室流通截面積并會(huì)改變夾帶液滴的運(yùn)動(dòng)軌跡。飛行的液滴會(huì)碰撞并貼附到棒束上，即棒束的夾帶沉積作用，會(huì)使流入出口熱管段的液滴有所減少。

國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)池式夾帶進(jìn)行了廣泛而深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究，但針對(duì)反應(yīng)堆背景的上腔室夾帶研究較少。核安全分析系統(tǒng)軟件RELAP5和TRACE中有若干支管夾帶模型，但都沒有涉及池式夾帶模型。美國(guó)俄勒岡州立大學(xué)用RELAP5軟件對(duì)小破口事故下壓力容器冷卻劑瞬態(tài)液位進(jìn)行了模擬，結(jié)果顯示在冷卻劑液位低于出口熱管段后壓力容器內(nèi)液位不再繼續(xù)降低，但事實(shí)上仍會(huì)有部分液滴從熱管段被蒸汽夾帶出去，使壓力容器內(nèi)冷卻劑液位呈現(xiàn)緩慢減小趨勢(shì)。RELAP5軟件忽略了上腔室夾帶作用，高估了壓力容器內(nèi)的冷卻劑存量，與反應(yīng)堆安全分析中的保守估計(jì)原則相違背。為了揭示上腔室水夾帶機(jī)理，合理估算反應(yīng)堆發(fā)生破口事故后壓力容器內(nèi)冷卻劑存量，開展反應(yīng)堆上腔室夾帶現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)研究是十分必要的。

國(guó)內(nèi)外做過一些類似的夾帶實(shí)驗(yàn)，但絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)都屬于常規(guī)的池式夾帶范疇，沒有涉及反應(yīng)堆工程背景，如Chang?Hyun?Kim等人在公開發(fā)表的一篇文獻(xiàn)(Chang?Hyun?Kim,Hee?Cheon?No.Liquid?entrainment?and?off-take?through?the?break?at?the?top?of?a?vessel.Nuclear?Engineering?and?Design,235,p.1675–1685,2005)中介紹的池式夾帶實(shí)驗(yàn)裝置，裝置主體為內(nèi)徑0.3m、高2.0m的圓柱容器，容器上方焊接有直徑為0.05m的出口管，該實(shí)驗(yàn)在常壓下進(jìn)行，采用空氣-水介質(zhì)進(jìn)行了一系列水夾帶實(shí)驗(yàn)。此外，國(guó)外還針對(duì)反應(yīng)堆上腔室夾帶做過一些相關(guān)實(shí)驗(yàn)，但這些實(shí)驗(yàn)的參數(shù)范圍較窄，不能覆蓋模化后的反應(yīng)堆工況的參數(shù)范圍，或是沒有實(shí)現(xiàn)夾帶等物性模擬。如俄勒岡州立大學(xué)在ATLATS實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行的上腔室夾帶實(shí)驗(yàn)(K.B.Welter,Q.Wu,Y.You?et?al.Experimental?investigation?and?theoretical?modeling?of?liquid?entrainment?in?a?horizontal?tee?with?a?vertical-up?branch.International?Journal?of?Multiphase?Flow,30(2004),p.1451–1484)，該實(shí)驗(yàn)以空氣-水做為工作介質(zhì)，但反應(yīng)堆中的介質(zhì)為水蒸氣-水，所以用空氣代替水蒸氣不可避免會(huì)因?yàn)槲镄浴①|(zhì)量能量傳遞差異等原因引入較大的模擬誤差。另外，ATLATS實(shí)驗(yàn)壓力稍高于常壓，不能覆蓋反應(yīng)堆小破口事故后上腔室夾帶發(fā)生時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種模擬核反應(yīng)堆上腔室液滴夾帶的壓力容器及方法，以克服上述現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置的缺點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種模擬核反應(yīng)堆上腔室液滴夾帶的壓力容器，包括上封頭、中間筒體和下封頭，上封頭通過第一法蘭與中間筒體相連，下封頭通過第二法蘭與中間筒體相連；中間筒體的上部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)置有上腔室；上腔室為上支承板與堆芯上板之間的空間，堆芯上板上均勻設(shè)置有若干個(gè)流通孔；上腔室的側(cè)壁設(shè)置有熱管段，與熱管段相對(duì)的上腔室側(cè)壁設(shè)置有可視化窗口；中間筒體的下部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)置有若干組加熱棒；下封頭的內(nèi)側(cè)設(shè)置有下腔室；下腔室為下支承板與流量分配板之間的空間，流量分配板上均勻設(shè)置有若干個(gè)流量分配孔和多孔管接管孔；下腔室的側(cè)壁設(shè)置有進(jìn)水口；若干個(gè)多孔管穿過流量分配板的多孔管接管孔并與下支承板相連；每個(gè)多孔管上均勻設(shè)置有多個(gè)孔，且孔位于流量分配板上部；下封頭的底部設(shè)置有進(jìn)氣口，進(jìn)氣孔與多孔管相連通。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：中間筒體上對(duì)稱設(shè)置有若干組吊耳，上封頭頂部設(shè)置有安全閥。