[發明專利]海洋條件下兩層流體攪渾過程及傳熱特性可視化實驗系統及方法

有效

• 申請號: 201811289027.1
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109473187B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 張亞培;羅思民;蘇光輝;田文喜;秋穗正;羅琦;余紅星
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G21C17/022
• 分類號: G21C17/022;G21C17/032;G21C17/10;G21C17/112
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種海洋條件下兩層流體攪渾過程及傳熱特性可視化實驗系統及方法，該系統包括可視化實驗段，模擬海洋運動條件的海洋運動平臺，用于拍攝兩層流體的攪渾過程的高速攝像儀，用于儲存實驗工質的高位液體貯存箱，與可視化實驗段相連接的廢液罐以及冷卻水回路；還包括配套的配電設備、儀控設備和數據測量采集設備；實驗時，向可視化試驗段注入實驗工質，海洋運動平臺驅動可視化實驗段實現起伏、搖擺等運動；離心水泵驅動冷卻水箱中的水流經可視化實驗段中的冷卻通道向可視化實驗段提供冷卻邊界，被加熱的冷卻水經板式換熱器和冷卻塔恢復到初始水溫后再返回冷卻水箱；本發明獲得海洋條件下反應堆發生嚴重事故后兩層熔池的攪渾過程以及換熱特性，可用于海洋條件下反應堆的安全設計。

技術領域

本發明涉及海洋條件下核電廠嚴重事故后壓力容器下封頭分層熔融池的攪渾特性研究技術領域，具體涉及一種海洋條件下兩層流體攪渾過程以及傳熱特性可視化實驗系統及方法。

背景技術

當核電廠壓水堆發生嚴重事故時，堆芯如果不能得到有效冷卻，會快速升溫導致大量燃料組件和結構材料發生熔化并遷移至壓力容器底部，進入到下封頭內的高溫熔融物逐漸積累形成碎片床或熔融池。在熔融池形成的中后期會有大量熔化的的堆內構件和壓力容器不銹鋼材料進入到熔融池中，如果熔融Fe與部分為氧化的Zr相混合但是不溶于UO₂-ZrO₂氧化物，則由于其密度較輕而浮與氧化池上部成為輕金屬層，從而形成兩層熔融池構型。熔融池的分層現象會對傳熱產生明顯影響，而海洋條件下，由于熔融池會收到額外附加力的影響，熔融池的結構會發生變化，如兩層流體間發生攪渾現象，這會改變熔融池向下封頭壁面的熱負荷分布。

目前，國內外已經開展了一些關于熔融池分層實驗研究。例如，文獻(TheerthanSA,Kolb G,Sehgal BR.Double diffusive convection in a semicircular slice withinternal heat generation in one or both layers[J].Experimental heat transfer,2001,14(4):283-297.)公開了一種兩層熔融池實驗研究裝置，實驗裝置主體是半圓切片結構，分別采用純水和鹽水以及純水和石蠟油作為兩層熔融物模擬物，研究兩層熔融池混溶性、密度差和內熱源分布等因素對傳熱特性的影響。但是該發明不能考慮海洋條件對兩層熔池的攪渾作用，無法獲得海洋條件對兩層熔池傳熱特性的影響，且實驗過程不能可視化。

又例如，文獻(Helle M,O,Tuomisto H.Experimental COPO IIdata on natural convection in homogenous and stratified pools[C].The 9thInternational Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics(NURETH-9),San Francisco,USA,1999.)公開了一種兩層熔融池的換熱實驗裝置，實驗裝置主體是半圓切片，采用ZnSO₄水溶液和石蠟油作為熔融池氧化層和金屬層的模擬物，兩層模擬物之間用鋁板隔開。該發明由于在兩層流體間設置了隔板，兩層之間的攪渾特性不能得到研究，更不能考慮海洋條件對兩層熔池的攪渾作用以及傳熱特性的影響，實驗過程也不能可視化。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種海洋條件下兩層流體攪渾過程以及傳熱特性可視化實驗系統及方法，能夠可視化地研究海洋條件下兩層流體的攪渾特性。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：