[發(fā)明專利]一種氟鹽冷卻高溫堆非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)自然循環(huán)特性模化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911355702.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN111144054B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧漢洋;劉利民;鄧堅(jiān);肖瑤;劉茂龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F113/08
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發(fā)明公開了一種氟鹽冷卻高溫堆非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)自然循環(huán)實(shí)驗(yàn)?zāi)；椒ǎǎ横槍?duì)氟鹽冷卻高溫堆非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)劃分控制體，建立包括質(zhì)量、動(dòng)量、能量在內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)方程，建立考慮熱構(gòu)件與流體耦合傳熱的邊界方程。選定特征尺度，將氟鹽流體動(dòng)力學(xué)方程以及邊界條件方程無量綱化；獲得能夠反應(yīng)氟鹽冷卻高溫堆非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)自然循環(huán)特性的無量綱特征數(shù)組。依據(jù)非能動(dòng)余排系統(tǒng)模化系統(tǒng)與原型系統(tǒng)無量綱特征數(shù)比值為1的原則，獲得模化系統(tǒng)與原型系統(tǒng)主要特征參數(shù)的比例關(guān)系，設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)與特征系統(tǒng)。分別對(duì)原型系統(tǒng)與模化系統(tǒng)開展自然循環(huán)特性穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)分析，比較二者主要無量綱參數(shù)間的比例關(guān)系，驗(yàn)證了模化分析方法的合理性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆安全領(lǐng)域，特別涉及一種針對(duì)氟鹽冷卻高溫堆余熱排出系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的模化方法。

背景技術(shù)

氟鹽冷卻高溫堆(FHRs)為第四代反應(yīng)堆候選堆型之一，其具備更高的經(jīng)濟(jì)性、安全性、防核擴(kuò)散特性等。作為第四代核反應(yīng)堆，F(xiàn)HRs借助非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)設(shè)計(jì)突出非能動(dòng)安全特征。FHRs在發(fā)生失流事故時(shí)，一回路主熔鹽泵因故障惰轉(zhuǎn)，堆芯余熱不能借助一回路強(qiáng)迫循環(huán)帶出；FHRs通過堆芯與非能動(dòng)余排系統(tǒng)間建立自然循環(huán)，將堆芯衰變余熱帶出，從而保證反應(yīng)堆的安全。開展氟鹽冷卻高溫堆安全評(píng)審，需要系統(tǒng)程序能夠開展FHRs事故工況下反應(yīng)堆非能動(dòng)余熱排出能力分析，即能夠?qū)τ贔HRs系統(tǒng)DRACS(反應(yīng)堆直接輔助冷卻系統(tǒng))系統(tǒng)與一回路形成的自然循環(huán)開展分析。因而在程序驗(yàn)證過程中，需要開展FHRsDRACS系統(tǒng)、一回路自然循環(huán)的整體效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究，以便對(duì)所開發(fā)的系統(tǒng)程序進(jìn)行驗(yàn)證。然而開展以氟鹽FLiBe作為工質(zhì)的FHRs非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的自然循環(huán)特性實(shí)驗(yàn)面臨較多挑戰(zhàn)：1.氟鹽腐蝕性強(qiáng)，需要采用耐腐蝕性的哈氏合金等結(jié)構(gòu)材料，材料成本高昂；2.回路不能安裝常用的閥門，實(shí)驗(yàn)工況改變較為困難；3.回路不能采用現(xiàn)有的壓力、流量等關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量設(shè)備，需要進(jìn)行相關(guān)設(shè)備研發(fā)；4.反應(yīng)堆非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸龐大，建設(shè)1：1比例的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架將對(duì)實(shí)驗(yàn)室空間、供電等基礎(chǔ)設(shè)施提出極高的要求，普通實(shí)驗(yàn)室難以滿足上述要求。針對(duì)上述問題，研究一種采用模擬流體作為介質(zhì)，搭建縮比試驗(yàn)臺(tái)架開展FHRs非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出了一種氟鹽冷卻高溫堆非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)；椒ǎǎ?/p>

步驟1：針對(duì)氟鹽冷卻高溫堆非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)劃分控制體，以控制體為尺度建立包括質(zhì)量、動(dòng)量、能量在內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)方程，并建立考慮熱構(gòu)件與流體耦合傳熱的邊界方程；

步驟2：選定合適的特征尺度，將氟鹽流體動(dòng)力學(xué)方程以及邊界條件方程無量綱化；獲得能夠反應(yīng)氟鹽冷卻高溫堆非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)自然循環(huán)特性的無量綱特征數(shù)組，所述無量綱特征數(shù)組包括若干組無量綱特征數(shù)；

步驟3：依據(jù)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的模化系統(tǒng)與原型系統(tǒng)每組無量綱特征數(shù)比值為1的原則，獲得模化系統(tǒng)與原型系統(tǒng)主要特征參數(shù)(幾何、動(dòng)力參數(shù)等)的比例關(guān)系，并設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)與模化系統(tǒng)；

步驟4：采用氟鹽冷卻高溫堆安全分析程序RELAP-FHR分別對(duì)原型系統(tǒng)與模化系統(tǒng)開展自然循環(huán)特性穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)分析，比較二者主要無量綱特征數(shù)間的比例關(guān)系，驗(yàn)證上述模化分析方法的合理性。

所述步驟1具體包括：

建立回路自然循環(huán)的流體動(dòng)力學(xué)方程：

(1)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)回路自然循環(huán)流量

——系統(tǒng)回路自然循環(huán)質(zhì)量流量，kg/s

——系統(tǒng)輸入功率，W

c_f0——系統(tǒng)參考控制體內(nèi)流體平均比熱容，J/(kg·K)

ΔT_hc——系統(tǒng)有熱源輸入部件總溫升，(K)