[實用新型]一種稠密柵燃料組件柵元裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201621163640.5
• 申請日: 2016-10-25
• 公開（公告）號: CN206312575U
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃彥平;謝峰;徐建軍;李明剛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國核動力研究設(shè)計院
• 主分類號: G21C3/34
• 分類號: G21C3/34
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙)51220
• 代理人: 譚新民

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及熱工水力實驗構(gòu)件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及稠密柵燃料組件典型柵元熱工水力實驗構(gòu)件，具體是指一種稠密柵燃料組件柵元裝置，可用于稠密柵燃料組件堆芯熱工水力問題實驗研究。

背景技術(shù)

堆芯燃料組件的熱工水力特性研究對于反應(yīng)堆的安全運行及相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計具有十分重要的意義，為了提高堆芯燃料組件的性能以及優(yōu)化其設(shè)計，各國都對此開展了熱工水力分析和實驗研究，并提出了很多新概念的堆型。稠密柵燃料組件是先進水冷反應(yīng)堆中的新型燃料組件之一，即堆芯的燃料元件采用稠密布置，形成燃料元件按三角形、六角形排列的蜂窩狀堆芯。稠密柵燃料組件通過縮小燃料元件柵元的間距，縮小堆芯體積，提高堆芯的轉(zhuǎn)換比，提高燃耗深度，進而達到延長燃耗壽期的目的，實現(xiàn)長循環(huán)運行，鈾資源的有效利用。因此，稠密柵燃料組件堆芯技術(shù)是一項十分適合艦船核動力裝置的堆芯組件設(shè)計技術(shù)。

由于稠密柵燃料組件元件之間的間隙窄，其流動、傳熱特性以及交混特性與常規(guī)水冷反應(yīng)堆堆芯的流動傳熱特性存在差異，國際上對其研究并不充分。在高轉(zhuǎn)換比這一新型堆芯的概念設(shè)計研究的背景下，中國核動力研究設(shè)計院開展了一系列稠密柵堆芯設(shè)計的熱工水力分析和實驗研究。由于實驗裝置、加熱方式和實驗技術(shù)等諸多因素的限制，不可能進行1：1的稠密柵燃料組件的熱工水力實驗，針對緊密排列的稠密柵燃料組件，棒束規(guī)模對組件熱工水力特性實驗研究的影響較大，確定合適規(guī)模組件作為典型柵元是堆芯熱工水力實驗研究需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。一方面，采用較大棒束規(guī)模的實驗組件，可以保證 熱工水力特性更接近實際組件的熱工水力特性，但較多的元件棒數(shù)量必然會使實驗本體結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，增大實驗本體設(shè)計及測點布置的難度，且需要較高的實驗成本；另一方面，采用較小棒束規(guī)模，雖然可有效降低實驗成本，降低本體設(shè)計難度，但是棒束規(guī)模過小，會使“冷壁效應(yīng)”、“邊壁效應(yīng)”對燃料組件熱工水力特性的影響增大，實驗結(jié)果不能很好地反映原型堆芯組件的熱工水力性能。

國內(nèi)外資料調(diào)研表明，目前已有的相關(guān)多數(shù)專利多是針對光棒棒束柵元組件，現(xiàn)有文獻、專利均沒有涉及對稠密柵燃料組件典型柵元實驗構(gòu)件的設(shè)計。由于稠密柵組件采用繞肋結(jié)構(gòu)定位，已有的光棒棒束柵元組件不能滿足稠密柵燃料組件的實驗要求。因此，有必要研制一套稠密柵燃料組件典型柵元實驗構(gòu)件，能夠?qū)崿F(xiàn)對原型的模擬開展熱工水力實驗且能夠準(zhǔn)確測量組件的關(guān)鍵參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是目前沒有涉及在稠密柵燃料組件的柵元裝置方面的研究，由于稠密柵組件采用繞肋結(jié)構(gòu)定位，已有的光棒棒束柵元組件不滿足稠密柵燃料組件實驗要求，本實用新型目的在于提供一種稠密柵燃料組件柵元裝置，采用包括由19根三層呈六邊形排列的加熱元件棒構(gòu)成的柵元裝置，解決了現(xiàn)有棒束規(guī)模較大時，實驗組件成本高，實驗本體設(shè)計及測點布置難度大，棒束規(guī)模較小時，產(chǎn)生的“冷壁效應(yīng)”、“邊壁效應(yīng)”影響燃料組件熱工水力性能等問題。

本實用新型通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種稠密柵燃料組件柵元裝置，包括加熱元件組件，加熱元件組件由19根呈六邊形排列而成的加熱元件棒構(gòu)成，加熱元件組件包括冷棒加熱元件和熱棒加熱元件，由內(nèi)至外分三層排列，第一層由1根熱棒加熱元件組成，第二層由6 根熱棒加熱元件組成，第三層由12根冷棒加熱元件組成；所述冷棒加熱元件、熱棒加熱元件均為繞肋加熱元件。

本實用新型主要針對現(xiàn)有的稠密柵燃料組件柵元裝置，其中核心結(jié)構(gòu)加熱元件的規(guī)模直接影響熱工水力特性的實驗研究。在現(xiàn)有實驗條件下無法進行1：1的稠密柵燃料組件的熱工水力實驗，因此，在本實用新型中，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)是確定合適的規(guī)模組件作為柵元裝置。柵元裝置的合適規(guī)模可解決兩方面的問題，一方面，可規(guī)避規(guī)模較大時，柵元裝置元件棒數(shù)量較大使實驗本體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增大實驗本體設(shè)計及測點布置的難度，增加實驗成本等問題，另一方面，可規(guī)避規(guī)模較小時，產(chǎn)生“冷壁效應(yīng)”、“邊壁效應(yīng)”對燃料組件熱工水力特性影響增大，不能很好反應(yīng)原型堆芯組件的熱工水力性能等問題。

對于柵元裝置合適規(guī)模的確定步驟為：首先需要對比分析不同類型及不同棒束規(guī)模稠密柵之間的流場、溫度場的差異，然后采用如下CFD計算公式且定量分析柵元壓降和熱通道出口溫度的偏差，

其中，Δp—棒束通道面積的平均壓降；T_h—熱通道出口平均溫度；i—代表不同棒束組件規(guī)模。

通過CFD計算分析，針對三角形排列稠密柵燃料組件，19棒束為合適柵元規(guī)模，即確定加熱元件組件由19根加熱元件徑向布置而成呈三角形排列的正六邊形。