[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

一種核反應堆工程量級雙層熔池傳熱特性試驗裝置，該試驗裝置包括試驗段、蓋板、電加熱元件、隔板和測溫組件，本發明試驗裝置可用于研究核反應堆工程量級下雙層構型熔池(上部金屬層+下部氧化熔融池)的自然對流換熱特性，獲得不同工況下氧化熔融池向上和向下的傳熱特性以及金屬層向側壁的傳熱特性，分析金屬層厚度和高度對雙層熔池傳熱特性的影響，為金屬層的熱聚焦效應研究提供重要依據；本發明試驗裝置結構簡單、安全性好、可操作性強，能夠滿足核反應堆工程量級下雙層熔池傳熱特性研究的試驗需求。

技術領域

本發明涉及核電廠嚴重事故下封頭熔融池傳熱特性研究技術領域，具體涉及一種核反應堆工程量級雙層熔池傳熱特性試驗裝置。

背景技術

當核電廠壓水堆發生嚴重事故時，產生的堆芯熔融物會遷移至壓力容器下封頭內形成熔融池。熔融池的流動傳熱特性對下封頭壁面熱負荷分布以及外部冷卻能力有著重要的影響，是嚴重事故緩解策略IVR關注的重點對象。目前，國內外已經開展過一些關于熔融池傳熱特性的試驗研究，所得出的換熱關系式無法滿足核反應堆工程量級下的實際需求。此外，國內外的大部分研究都是針對單層熔池構型開展的，對于兩層構型熔融池的傳熱特性研究很少。而基于真實反應堆材料所開展的RASPLAV和MASCA試驗結果表明，熔融池在穩態下會形成上部金屬層下部氧化層的兩層熔融池構型。

例如，文獻(Zhang L.T.,Zhang Y.P.,Zhao B.,Ma W.M.,Zhou Y.K.,Su G.H.,Tian W.X.,Qiu S.Z.,(2016a),COPRA:A large scale experiment on naturalconvection heat transfer in corium pools with internalheating.Prog.Nucl.Energy 86,132-140.)公開了一種熔池換熱特性試驗裝置，試驗裝置主體為1/4圓切片結構。試驗采用電加熱棒模擬衰變熱，選擇非共晶硝酸鹽混合物模擬熔融物，得到了單層氧化熔融池的向下傳熱關系式。但該試驗沒有擬合出下部氧化熔融池向上傳熱的換熱關系式，也無法模擬上部金屬層的導熱過程。同時，它還忽略了1/4圓切片試驗段所存在的壁面效應影響。

又如，中國專利申請號CN 201310550382，公開了一種高瑞利數耦合傳熱特性測量和評估裝置，包括試驗本體和輔助系統，其特征在于：所述試驗本體為圓筒狀容器，包括上板、下板和側壁，下板用于加熱，上板和側壁采用獨立的循環冷卻回路進行冷卻。試驗研究了單層金屬層的傳熱特性，驗證了相關傳熱關系在高功率核反應堆真實工況下的適用性。但該試驗裝置并沒有獲得熔融池自然對流換熱關系式，更無法模擬雙層熔融池的傳熱特性。

再如，文獻(Theerthan SA,Kolb G,Sehgal BR.Double diffusive convectionin a semicircular slice with internal heat generation in one or both layers[J].Experimental heat transfer,2001,14(4):283-297.)公開了一種熔融池傳熱特性試驗裝置，試驗裝置的主體為半圓切片結構，分別采用鹽水和純水、純水和石蠟油作為試驗工質模擬雙層熔池結構。試驗研究了兩層熔池混溶性、密度差和內熱源分布等因素對傳熱特性的影響。由于該裝置尺寸較小，無法獲得核反應堆工程量級下熔融池的特性參數，而且水、鹽水和石蠟油也無法反映真實熔融物作為非共晶混合物的凝固特性。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種雙層熔池傳熱特性試驗裝置，能夠模擬核反應堆工程量級下雙層熔池在多種工況下的傳熱特性。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：