[發明專利]一種高溫熔融物擴展壅塞實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201611040084.7
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN106525895B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 田文喜;馮唐濤;張亞培;陳榮華;蘇光輝;秋穗正;劉奇
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N25/02
• 分類號: G01N25/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種高溫熔融物擴展壅塞實驗裝置及實驗方法，包括加熱爐，所述加熱爐包括爐體，爐體為圓筒型結構，并且采用氧化鋯制作；爐體內沿爐體內壁設置有一圈高溫隔熱層，爐體側壁上開設有若干透窗，透窗內安裝有熱電偶；爐體內中心豎直設置有若干測試棒；每根測試棒包括位于中心的鎢錸加熱棒，鎢錸加熱棒外側為氧化鋁層，氧化鋁層外側為鋯?4合金層；加熱爐下方設置有變壓器，變壓器與鎢錸加熱棒相連。通過對鎢錸加熱棒進行電加熱，模擬燃料棒衰變熱，實驗加熱最高溫度可達2000℃，所以能夠真實模擬堆芯材料熔化及兩千度以上高溫熔融物的遷徙壅塞特性。在爐體側開有若干可視化透窗，能夠動態揭示堆芯材料熔化及熔融物的遷徙行為機理。

技術領域

本發明屬于實驗裝置技術領域，具體涉及一種高溫熔融物擴展壅塞實驗裝置及實驗方法。

背景技術

嚴重事故是一個多相態、多組分的復雜物理和化學過程，堆芯燃料組件熔化以及熔融物在反應堆內棒束通道間隙內的擴展及消熔過程是嚴重事故重要早期行為序列，具有很大的不確定性且難以準確預測。

國際上關于嚴重事故燃料熔化和燭化的研究，可以追溯到上世紀60年代，核電工業剛剛興起的時候。但是由于當時在使用核電的國家中，并不需要進行相關研究就可以取得核電執照，所以相關的研究并沒有取得太大的進展。直到70年代末，美國發生三哩島事故，給嚴重事故燃料熔化和燭化研究提供了直接的經驗和豐富的素材。隨后，德國進行了CORA實驗的研究，法國CEA進行了PHEBUS實驗的研究，積累了豐富經驗。而在程序開發方面，包括MELCOR，MAAP，SCDAP/RELAP5等都吸收并包含了國際上堆芯熔融物材料的熔化和燭化研究的模型和成果。

國內關于嚴重事故的研究主要始于2011年的福島核事故。由于地震和海嘯，日本福島輕水堆核電廠發生了極其嚴重的堆芯熔化，氫氣爆炸和放射性泄露事故，對我國的核電廠反應堆安全評估造成了巨大影響。氫氣爆炸和放射性泄露事故，對我國的核電廠反應堆安全評估造成了巨大影響。由于福島事故的影響，中國政府加大了對嚴重研究力度并支持地方院校和研究機構進行了針對嚴重事故的一系列研究。當前，我國高校針對反應堆嚴重事故，所進行的主要實驗研究，主要包括西安交通大學的堆芯熔融物內保持CHF測試實驗臺架,上海交通大學的蒸汽爆炸測試實驗臺架，而在程序方面，主要進行針對部分嚴重事故現象的程序開發，以及對現有的程序進行集成，或者進行程序的二次開發等工作。

綜合國內外針對嚴重事故后堆芯材料熔化及熔融物的遷徙行為研究可以發現：1)由于牽涉多相多組分的物理化學過程，堆芯材料熔化及熔融物的遷徙行為的不確定性很大，各研究者之間的研究條件和結論具有較大差異；2)已有的系統程序模型和機理分析模型，都存在大量的簡化假設，已有模型的適用性十分有限；3)常規數值模擬方法很難處理這么復雜的多相多物理場行為。因此亟需深入開展壓水堆堆芯材料熔化及熔融物的遷徙行為實驗研究。高溫熔融物擴展壅塞實驗研究有助于揭示堆芯材料熔化及熔融物的遷徙行為機理，降低現有嚴重事故分析程序的不確定性，是嚴重事故研究的基礎科學問題。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種高溫熔融物擴展壅塞實驗裝置及實驗方法，用于揭示堆芯材料熔化及熔融物的遷徙行為機理，利用實驗數據優化已有系統程序模型并開發機理分析模型，為常規數值模擬方法提供驗證，降低現有嚴重事故分析程序的不確定性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種高溫熔融物擴展壅塞實驗裝置，包括加熱爐，所述加熱爐包括爐體，爐體為圓筒型結構，并且采用氧化鋯制作；爐體內沿爐體內壁設置有一圈高溫隔熱層，爐體側壁上開設有若干透窗，透窗內安裝有熱電偶；爐體內中心豎直設置有若干測試棒；每根測試棒包括位于中心的鎢錸加熱棒，鎢錸加熱棒外側為氧化鋁層，氧化鋁層外側為鋯-4合金層；熱電偶熱端與氧化鋁層表面接觸，冷端穿過透窗；加熱爐下方設置有變壓器，變壓器與鎢錸加熱棒相連。