[發明專利]一種適用于動態條件下加熱棒束通道內熱工水力特性研究實驗裝置

在審

• 申請號: 201710793383.6
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107402231A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 王建軍;趙世宇;田春平;朱智強;閻昌琪;程坤;何川;季鵬;張銀星
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01M10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種適用于動態條件下加熱棒束通道內熱工水力特性研究實驗裝置，應用在船用核動力裝置堆芯棒束通道熱工水力技術領域中。

背景技術

核能作為船用動力能源，具有功率密度高、經濟效益好、續航時間長、清潔、安全等優點，越來越受到了海洋裝備大國的高度重視。隨著21世紀“海上絲綢之路”戰略構想和建設“海洋強國”戰略的提出，我國對于海洋的清潔可持續的資源和能源需求將日益迫切。近年來，我國正在積極發展水面核動力平臺和浮動核電站。從維護國家海洋安全的戰略要求出發，開發能夠適應復雜海洋環境的軍用和民用核動力系統是核能工業領域的當務之急。

2002年，日本國家海上技術研究所，特級研究員Hiroyuki Murata，于核工程領域權威雜志《Nuclear Engineering and Design》第2期，215卷中發表文章《Natural circulation characteristics of a marine reactor in rolling motion and heat transfer in the core》一文，該文提到：采用核動力推進的船舶受海洋條件的影響及自身機動的作用，極易產生搖擺等運動，搖擺運動會產生附加加速度并引起空間位置的變化，從而導致核反應堆系統和關鍵設備的流動和傳熱特性發生改變，造成堆芯物理特性和關鍵設備運行特性發生變化，對核反應堆系統的工作特性和安全運行產生潛在的威脅。

因此在船用反應堆的研發設計中，需著重評估搖擺運動的引入對核反應堆熱工水力特性的影響，如實驗回路系統冷卻劑波動下，棒束通道內的流動傳熱特性以及系統的流動不穩定性邊界等。

對于搖擺條件下，絕熱棒束通道內的流動阻力特性研究，哈爾濱工程大學閆超星等在2014年至2015年期間，于《Experimental Thermal and Fluid Science》，《Progress in Nuclear Energy》，《Annals of Nuclear Energy》等著名雜志發表多篇相關論文。其研究結果表明，搖擺條件下棒束通通道內流動阻力特性與靜止條件下存在很大區別。然而，限于實驗條件制約，其研究僅局限于強迫循環冷態實驗，未進行加熱棒束通道內實驗。

對于搖擺條件下單相自然循環流動特性，2009年哈爾濱工程大學譚思超教授于《Applied Thermal Energy》(JCR一區，IF:3.04，被引98次)第14-15期29卷發表《Experimental and theoretical study on single-phase natural circulation flow and heat transfer under rolling motion condition》一文，該文較為詳細的總結了搖擺條件下，圓管內自然循環流動中的單相流動與傳熱特性；2012年，海軍工程大學，焉炳火副教授于《Progress in Nuclear Energy》第1期54卷發表《The experimental and theoretical analysis of a natural circulation system in rolling motion》一文，該文章指出，在搖擺條件下，自然循環系統的排熱能力會受到影響，特別在搖擺劇烈工況，搖擺會減弱自然循環系統的排熱能力，威脅反應堆安全運行。

關于搖擺條件下，圓管及矩形通道內兩相自然循環流動傳熱以及系統行為問題，哈爾濱工程大學譚思超教授，余志庭博士，張文超博士，王暢博士等做出了相應研究，并于《International Journal of Heat and Mass Transfer》，《Experimental Thermal and Fluid Science》，《Nuclear Engineering and Design》，《Annual of Nuclear Energy》等著名期刊發表多論文。研究表明搖擺對于兩相自然循環流動傳熱特性影響非常復雜，傳統靜止條件下的計算公式難以適用于海洋條件。

根據動態條件下圓管以及矩形通道內的流動傳熱研究成果以及冷態棒束通道內的流動特性研究成果，不難推測搖擺運動會對棒束通道內的單相/兩相自然循環流動產生較大影響。為保障動態條件(搖擺)下，核反應堆的安全運行，設計一套能用于動態條件下棒束通道內的流動傳熱問題研究發熱實驗裝置非常重要。

發明內容