[發明專利]一種配備循環回路的模塊式氫氣燃爆實驗研究系統及方法

在審

• 申請號: 202010680623.3
• 申請日: 2020-07-15
• 公開（公告）號: CN111916236A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 楊帆;李松蔚;鄧堅;曾未;劉松濤;宋丹戎;余紅星;冉旭;李峰;鮮麟;張丹;周科;劉余;鄒志強;彭歡歡;楊韻佳;何曉強;陸雅哲;習蒙蒙
• 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: 李朝虎

本發明公開了一種配備循環回路的模塊式氫氣燃爆實驗研究系統及方法，該系統包括筒狀試驗本體和數據測量子系統，試驗本體包括若干個模塊式承壓筒體，各個模塊式承壓筒體依次串聯并相通；每個模塊式承壓筒體內設置有若干測量點，各個測量點均與數據測量子系統電連接；試驗本體內一端設有點火裝置，各個模塊式承壓筒體內均設有若干環狀孔板擾流陣列；還包括氣體注入子系統、抽真空子系統、氣體循環子系統，氣體注入子系統連通試驗本體的一側，試驗本體的另一側連通抽真空子系統；氣體循環子系統連通試驗本體，形成氣體閉式循環回路。本發明系統設計具有模塊式設計特征，裝配簡單，火焰燃燒速度測量精度高的特點。

技術領域

本發明涉及壓水反應堆嚴重事故氫氣燃爆實驗技術領域，尤其涉及一種配備循環回路的模塊式氫氣燃爆實驗研究系統及方法。

背景技術

嚴重事故條件下，氫氣進入安全殼與空氣混合形成可燃混合物，在一定條件下發生燃爆，產生的壓力載荷將直接威脅安全殼的結構完整性。目前采用的氫氣復合器、點火器等措施能夠減少可燃氣體云團的體積以及持續時長，但無法排除燃燒過程發生火焰加速的可能性。三哩島、福島事故中由于安全殼內的氫氣混合氣發生燃爆，產生的壓力沖擊波對安全殼及其內部構筑物完整性造成了嚴重的破壞。

目前，核工業界開發的一系列燃燒分析工具對火焰傳播過程預測精度不高，這是由于缺乏對氫氣火焰加速過程的高精度湍流火焰燃燒速度實驗數據，難以滿足火焰加速機理模型的驗證要求。在實驗研究方面，國際上已有核能研究機構建立起氫氣火焰加速實驗研究裝置，例如德國的THAI裝置，其裝置本體為一高約9.0m，內徑3.2m的筒體，內部未設置擾流板，因此僅適用于氫氣緩燃階段的實驗研究需求；對于氫氣爆燃階段研究裝置，如法國的ENACEFF裝置，實驗本體主體為一豎直管道，內部布置擾流板用于增強火焰傳播過程中的氣流擾動，以誘發火焰加速過程，這一裝置主要關注高度方向氣體濃度分層條件下的火焰加速現象，而非均勻預混濃度條件下的火焰加速過程；再如德國亞琛大學的氫氣火焰加速裝置，實驗本體采用水平管式設計，內部配備擾流孔板，試驗本體桶壁設計有夾層，夾層內注有可加熱流體，用于不同初始氣體溫度條件下的預混氫氣火焰燃燒過程的研究需求，但裝置本身并未配備氣體循環回路，因此初始氣體預混條件建立時間較長。

發明內容

針對背景技術中的至少一個缺陷，本發明提供了解決上述問題的一種配備循環回路的模塊式氫氣燃爆實驗研究系統及方法，是一種針對核反應堆安全屏障內氫氣燃爆過程的機理研究實驗裝置，能夠模擬預混的氫氣-空氣混合物從點燃到爆燃直至最終發生爆炸的全過程發展過程；本發明系統裝配氣體循環回路，能夠實現短時間內建立氣體充分預混的實驗初始條件；本發明系統配備兩套高速數據采集子系統，采用壓力載荷數據與火焰鋒面溫度數據相結合的方法實現對湍流燃燒速度的高精度測量。

本發明通過下述技術方案實現：

一種配備循環回路的模塊式氫氣燃爆實驗研究系統，包括筒狀試驗本體和數據測量子系統，所述試驗本體包括若干個模塊式承壓筒體，各個模塊式承壓筒體依次串聯并相通；每個模塊式承壓筒體內設置有若干測量點，各個測量點均與數據測量子系統電連接；所述試驗本體內一端設有點火裝置，各個所述模塊式承壓筒體內均設有若干環狀孔板擾流陣列；

還包括氣體注入子系統、抽真空子系統、氣體循環子系統，所述氣體注入子系統連通所述試驗本體的一側，所述試驗本體的另一側連通抽真空子系統；所述氣體循環子系統連通所述試驗本體，形成氣體閉式循環回路；

所述點火裝置，用于觸發氫氣燃燒過程；所述環狀孔板擾流陣列，用于增強火焰鋒面上游氣流擾動，以引發火焰加速過程；所述數據測量子系統，用于點火裝置觸發后，通過數據測量子系統同步記錄不同測量點處的壓力和溫度變化數據；所述氣體注入子系統，用于建立滿足實驗所需的預混可燃氫氣-空氣混合氣體濃度；所述抽真空子系統，用于在氣體濃度建立過程中將系統中可能存在的雜質氣體抽去，并維持氫氣-空氣混合氣體注入實驗系統所需要的負壓條件；所述氣體循環子系統，用于將氫氣-空氣混合氣體充分混合，使得試驗本體內各處氫氣濃度相同。