[發(fā)明專利]控制棒導(dǎo)向管及燃料組件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310617977.3
• 申請(qǐng)日: 2013-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN103594124A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐錚錚;禹文池;張玉相;李偉才;周躍民;胡海翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中科華核電技術(shù)研究院有限公司;中國廣核集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): G21C7/10
• 分類號(hào): G21C7/10;G21C3/30;G21C3/332
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 張艷美;郝傳鑫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種反應(yīng)堆部件，尤其涉及一種能夠增強(qiáng)臨界熱流密度與落棒性能的燃料組件控制棒導(dǎo)向管。

背景技術(shù)

一定數(shù)量的燃料棒按照一定間隔排列（如：15×15或17×17等）并被固定成一束，稱為反應(yīng)堆燃料組件，反應(yīng)堆燃料組件主要由上管座、下管座、定位格架（一般包括一上定位格架、一下定位格架及6-8個(gè)中間定位格架）、控制棒導(dǎo)向管和燃料棒組成。其中，控制棒導(dǎo)向管是燃料組件骨架的承重部分，其主要功能需求有：（1）連接上、下管座，形成組件骨架，為組件結(jié)構(gòu)提供連續(xù)性；（2）為相關(guān)組件棒提供插入燃料組件的通道；（3）為事故下快速落棒停堆提供緩沖作用，防止控制棒組件與上管座沖擊力過大；（4）為插入導(dǎo)向管的相關(guān)組件棒提供冷卻流量（冷卻劑在反應(yīng)堆內(nèi)由下自上地流經(jīng)燃料組件）。控制棒導(dǎo)向管通常為一根圓管，底部帶有內(nèi)徑減小的緩沖段用于提供落棒緩沖。

臨界熱流密度（CHF）是燃料組件熱工水力性能的關(guān)鍵指標(biāo)，決定了反應(yīng)堆的功率、溫度等熱工水力參數(shù)的可運(yùn)行范圍。優(yōu)良的CHF性能意味著燃料組件/反應(yīng)堆具有大的熱工裕量，而提高熱工裕量是燃料組件的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。

CHF全稱為critical?heat?flux，指沸騰傳熱機(jī)制發(fā)生變化而使傳熱系數(shù)突然降低時(shí)的熱流密度。在強(qiáng)迫對(duì)流沸騰中它可能是偏離泡核沸騰（departure?from?nucleate?boiling，DNB）熱流密度，也可能是干涸（Dryout）熱流密度。在壓水堆中，DNB是CHF的主要發(fā)生機(jī)理。DNB的發(fā)生原因通常認(rèn)為是氣泡產(chǎn)生率高到在氣泡脫離壁面之前就形成一層汽膜覆蓋在壁面上的現(xiàn)象，汽膜阻擋液體接觸壁面，使傳熱惡化，壁溫會(huì)大幅度升高，甚至使壁面燒毀。因此，DNB是壓水堆燃料組件設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)考慮的現(xiàn)象，燃料組件的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提高發(fā)生DNB時(shí)的熱流密度。

當(dāng)由燃料棒圍成的冷卻劑子通道具有不發(fā)熱的冷壁時(shí)，冷壁表面的冷流體（相對(duì)熱流體而言）會(huì)使通道平均焓值降低。當(dāng)冷壁通道與普通典型通道（不含冷壁的通道，即周圍柵元）平均焓相同時(shí)，由于冷壁通道壁面附近流體不參與換熱，其焓值較低，從而導(dǎo)致加熱壁面附近冷卻劑焓值較高，在相同的熱工參數(shù)下該子通道發(fā)生DNB的臨界熱流密度會(huì)降低，產(chǎn)生冷壁效應(yīng)。

如圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)中的控制棒導(dǎo)向管是密封不開孔的結(jié)構(gòu)。控制棒導(dǎo)向管中的控制棒由于不參與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而不會(huì)發(fā)熱，含有這種控制棒導(dǎo)向管的通道是典型的冷壁通道（又稱冷壁柵元），冷壁柵元內(nèi)的冷壁表面（即控制棒導(dǎo)向管的外側(cè)壁）的冷流體只會(huì)沿冷壁表面從上游往下游流動(dòng)，而不會(huì)與熱壁表面的熱流體產(chǎn)生流體攪混，因此通常控制棒導(dǎo)向管通道會(huì)成為燃料組件CHF性能的短板，限制了燃料組件整體CHF性能。

因此，有必要提供一種能夠減弱冷壁效應(yīng)，提高周圍柵元的臨界熱流密度的控制棒導(dǎo)向管。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠減弱冷壁效應(yīng)，提高周圍柵元的臨界熱流密度，同時(shí)可優(yōu)化事故下控制棒落棒性能的控制棒導(dǎo)向管。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種CHF性能良好并具有較大熱工裕量的燃料組件。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種控制棒導(dǎo)向管，插設(shè)于定位格架，所述控制棒導(dǎo)向管呈中空的管狀結(jié)構(gòu)，所述控制棒導(dǎo)向管開設(shè)有若干貫穿所述控制棒導(dǎo)向管的側(cè)壁的擾流開口。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明在控制棒導(dǎo)向管的側(cè)壁上貫穿地開設(shè)所述擾流開口，控制棒導(dǎo)向管所占據(jù)的冷壁柵元中冷壁表面上的冷流體在向上游流動(dòng)時(shí)受到所述擾流開口的干擾而發(fā)生攪混，因此能夠與熱壁表面上的熱流體充分交流混合，讓冷壁表面上的流體參與到通道換熱中，使溫度更均勻，降低熱流體的焓并提高了所述熱壁表面發(fā)生DNB時(shí)的熱流密度，避免了冷壁效應(yīng)的出現(xiàn)，提高了燃料組件的CHF性能。同時(shí)，還促進(jìn)了導(dǎo)向管內(nèi)控制棒頭部與外界之間的壓降平衡，調(diào)節(jié)控制棒落棒時(shí)受到的流體阻力，進(jìn)而改善事故下控制棒落棒性能。另外，本發(fā)明是通過在所述控制棒導(dǎo)向管的側(cè)壁開設(shè)所述擾流開口以實(shí)現(xiàn)上述目的，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，便于加工制造。

較佳地，所述擾流開口位于兩相鄰所述定位格架之間。

具體地，所述擾流開口開設(shè)于所述控制棒導(dǎo)向管的上端。

較佳地，所述擾流開口為圓形孔。

較佳地，若干所述擾流開口分布成多排并分別沿所述控制棒導(dǎo)向管的軸向設(shè)置。

具體地，多排所述對(duì)流開口之間相互交錯(cuò)。

具體地，多排所述對(duì)流開口之間一一對(duì)齊。

較佳地，所述控制棒導(dǎo)向管的下端的內(nèi)徑減小形成緩沖段。