[發明專利]一種核反應堆工程量級雙層熔池傳熱特性試驗裝置

在審

• 申請號: 201811512782.1
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109509564A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 張亞培;蘇光輝;周瑜琨;田文喜;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G21C17/00
• 分類號: G21C17/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種核反應堆工程量級雙層熔池傳熱特性試驗裝置，其特征在于：所述試驗裝置包括試驗段(1)、蓋板(2)、電加熱元件(3)、隔板(4)和測溫組件(5)；所述試驗段(1)由前側壁面(101)、后側壁面(102)以及連接前側壁面(101)和后側壁面(102)的圓弧壁面(103)組成；設置在試驗段(1)內并與前側壁面(101)和后側壁面(102)垂直的隔板(4)將試驗段(1)劃分為兩個區域形成雙層熔池，上部區域為模擬金屬層區域，下部區域為模擬氧化熔融池區域，通過升降隔板(4)的高度能夠改變雙層熔池上部區域和下部區域的大小，從而研究不同雙層熔池結構上部金屬層厚度和高度對熔池傳熱特性的影響，隔板(4)一側開有小孔；試驗段(1)上方放置有蓋板(2)，蓋板(2)左右兩端分別開設有冷卻水進口和出口，通水后能為試驗段(1)內形成的雙層熔池提供近似等溫的邊界條件，蓋板(2)一側與隔板(4)開有小孔相對應的位置處開有試驗工質注入口，試驗工質通過隔板(4)小孔與注入管道之間的縫隙流動；多層電加熱元件(3)沿水平方向插入試驗段(1)的模擬氧化熔融池區域內，用于模擬堆芯熔融物產生的衰變熱，每層電加熱元件(3)由調壓器單獨控制加熱功率；設置于試驗段(1)內測溫組件(5)用于測量雙層熔池各區域的溫度分布。

2.根據權利要求1所述的一種核反應堆工程量級雙層熔池傳熱特性試驗裝置，其特征在于：所述試驗段(1)的直徑為4000mm，內寬為300mm，相應的，所述隔板(4)寬為300mm，厚10mm。

3.根據權利要求1所述的一種核反應堆工程量級雙層熔池傳熱特性試驗裝置，其特征在于：所述試驗段(1)的前側壁面(101)和后側壁面(102)與圓弧壁面(103)焊接而成，材料為304不銹鋼；前側壁面(101)與隔板(4)接觸的中央位置處開有長方形石英玻璃視窗(6)，用于觀察和拍攝試驗過程中雙層熔池交界面處的對流攪渾情況和硬殼凝結特性；后側壁面(102)與隔板(4)接觸位置處依次開有多個采光孔(7)，作為可視化拍攝的光源入口；圓弧壁面(103)外部焊接有冷卻通道(104)，冷卻通道(104)底部為進水口，頂部為出水口，通水后能夠帶走試驗段(1)內雙層熔池產生的熱量。

4.根據權利要求1所述的一種核反應堆工程量級雙層熔池傳熱特性試驗裝置，其特征在于：所述隔板(4)由304不銹鋼材料制成，水平放置于試驗段(1)內壁面焊接的金屬支架上；隔板(4)的安裝位置能根據實際需求進行調整，不同工況下隔板(4)與試驗段(1)中熔池底部的距離分別為1600mm、1700mm和1800mm；隔板(4)右側開小孔，小孔孔徑為60mm，試驗工質通過小孔與注入管道之間的縫隙流動，最終在隔板(4)的作用下將熔融池劃分為兩個區域。

5.根據權利要求1所述的一種核反應堆工程量級雙層熔池傳熱特性試驗裝置，其特征在于：隔板(4)下方加熱區域能夠模擬帶衰變熱的氧化熔融池，隔板(4)上方不加熱區域能夠模擬無內熱源的金屬層。

6.根據權利要求1所述的一種核反應堆工程量級雙層熔池傳熱特性試驗裝置，其特征在于：所述測溫組件(5)包括設置于下部區域內十五個直徑為2mm的第一熱電偶(201)，用于測量試驗段(1)內下部區域氧化熔融池的溫度分布；設置于上部區域內十二個直徑為2mm的第二熱電偶(301)，用于測量試驗段(1)內上部區域金屬層的溫度分布；設置于試驗段(1)的圓弧壁面(103)內外壁面處共三十個直徑為1mm的第三熱電偶(401)，用于測量圓弧壁面(103)的內外溫差；設置于隔板(4)處十個直徑為1mm的第四熱電偶(501)，用于測量隔板(4)的上下表面溫差；分別設置于冷卻通道(104)進水口和兩個出水口處的直徑為2mm熱電偶第五熱電偶(601)、第六熱電偶(701)和第七熱電偶(801)，分別用于測量冷卻通道(104)進出口的水溫變化。