[發明專利]多層熔池傳熱特性模擬實驗裝置

有效

• 申請號: 202010254489.0
• 申請日: 2020-04-02
• 公開（公告）號: CN111430052B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 胡鈺文;宮厚軍;楊祖毛;李朋洲;卓文彬;昝元鋒;李勇
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G21C17/00
• 分類號: G21C17/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 宋輝

多層熔池傳熱特性模擬實驗裝置，包括用于模擬反應堆下降段的模擬體，所述模擬體為半圓柱結構，模擬體上設置有進料口和排料口，模擬體的側壁內設置有冷卻流道，所述側壁上還設置有熱流密度測量組件，所述熱流密度測量組件延伸至模擬體內用于測量模擬體內壁面的熱流密度。本發明為高Ra’數的多層熔融物模擬材料提供了多層熔池傳熱特性模擬實驗裝置，該實驗裝置在惰性氣氛中能夠長期包容含有腐蝕性氯鹽的三層熔融池自然對流模擬材料，為三層熔融池提供與原型相近的邊界條件，并可準確測量多層熔融池自然對流傳熱關鍵參數，為多層熔融池傳熱特性實驗研究提供硬件基礎。

技術領域

本發明涉及多層熔池傳熱特性模擬實驗裝置，特別涉及多層熔融池模擬材料的包容加熱以及傳熱特性參數的準確測量，可用于嚴重事故條件下反應堆下封頭內部多層熔融池傳熱特性實驗研究。

背景技術

在壓水堆發生嚴重事故時，若由于各種原因不能保證堆芯的有效冷卻，則堆芯可能由于衰變熱發生熔化，堆芯熔融物落入到下封頭內形成碎片床或熔融池結構。由于熔融物中材料仍然持續釋放衰變熱，若下封頭內部熔融池無法得到足夠冷卻，壓力容器的完整性將無法保證，強放射性的熔融物可能進入反應堆安全殼內，造成嚴重后果。

為保證在堆芯熔化事故中壓力容器不發生熔穿，在現有的先進壓水堆中普遍采用了熔融物堆內滯留策略的嚴重事故緩解策略。在堆芯熔化事故后，下封頭內部的熔融物在衰變熱及外部冷卻的驅動下，形成了熔融物與下封頭內壁面間的強自然對流換熱現象，其Ra’數可達10¹⁷。此外，熔融物在內壁面由于冷卻形成的硬殼，熔融池的分層結構對熔融池的溫度場分布和下封頭壁面熱負荷分布有著重要的影響。

國內外針對熔融池自然對流換熱現象，已采用實驗和數值方法開展了部分研究。但由于實驗成本、技術限制，目前主要開展了單層熔融池的自然對流換熱以及較低Ra’數的兩層、三層熔融池實驗，對于實際中可能出現的高Ra’數多層熔融池自然對流換熱特性研究較少。

綜上所述，有必要研制一套用于研究高Ra’條件下多層熔融池自然對流傳熱特性的實驗裝置，能夠實現對多層熔融池自然對流傳熱特性關鍵參數的準確測量，獲得下封頭內壁面不同角度的熱流密度分布及熔融池溫度場分布，為熔融物堆內滯留的嚴重事故管理策略提供數據支撐。

發明內容

為了研究嚴重事故后反應堆下封頭內三層熔池的傳熱特性，發明人對熔池模擬材料進行了研究，并在專利CN110415842A中公開了一種模擬材料，其選擇Na-LiCl/KCl-Sn作為三層模擬材料，由于材料密度差可以自然形成三層分層結構，不易與容器及儀表反應，易于控制；同時各層材料可以較準確反映反應堆原型下封頭中三層熔池各層的傳熱特性，進而能夠有效降低實驗獲得的傳熱關系式不確定度，為熔融物堆內滯留策略的制定和實施提供支持。

然而，現有的實驗裝置主要針對單層熔融池的自然對流換熱以及較低Ra’數的兩層、三層熔融池實驗，對于高Ra’數多層熔融池自然對流換熱特性研究較少。因此，發明人針對其發明的具備的高Ra’數模擬材料，提供了多層熔池傳熱特性模擬實驗裝置，其能夠長期包容含有腐蝕性氯鹽的三層熔融池自然對流模擬材料，為三層熔融池提供與原型相近的邊界條件，并可準確測量多層熔融池自然對流傳熱關鍵參數，為多層熔融池傳熱特性實驗研究提供硬件基礎。

本發明通過下述技術方案實現：

多層熔池傳熱特性模擬實驗裝置，包括用于模擬反應堆下降段的模擬體，所述模擬體為半圓柱結構，模擬體上設置有進料口和排料口，模擬體的側壁內設置有冷卻流道，所述側壁上還設置有熱流密度測量組件，所述熱流密度測量組件延伸至模擬體內用于測量模擬體內壁面的熱流密度。