[發(fā)明專利]減小冷凝沖擊效應(yīng)的鼓泡器優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010683677.5
• 申請日: 2020-07-16
• 公開（公告）號: CN111863292B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 佟立麗;汪孝凡;張丹迪;曹學(xué)武
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18;G21C15/12
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種減小冷凝沖擊效應(yīng)的鼓泡器優(yōu)化方法，根據(jù)蒸汽冷凝流型位于射流區(qū)時，蒸汽冷凝振蕩頻率最高且振幅最低，冷凝沖擊作用對結(jié)構(gòu)的影響最小的特性，對鼓泡器上小孔孔徑與小孔分布進行優(yōu)化，使得鼓泡器出口蒸汽冷凝流型為射流。本發(fā)明能夠使得鼓泡器結(jié)構(gòu)能夠減小蒸汽冷凝沖擊作用，提高核動力裝置蒸汽冷凝排放過程中的安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種核能電站控制領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種減小冷凝沖擊效應(yīng)的鼓泡器優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

非能動安全技術(shù)僅依靠重力、密度差等自然力為驅(qū)動力實現(xiàn)堆芯余熱排出，提高事故情況下核動力裝置的可靠性和安全性，是緩解事故后果的重要手段。在沸水堆中，當(dāng)出現(xiàn)高能管道破裂時，通過破口釋放的高溫高壓蒸汽將會造成安全殼壓力快速升高。為抑制壓力快速升高，在安全殼內(nèi)設(shè)置抑壓水池，當(dāng)高溫高壓蒸汽進入安全殼干井造成干井壓力升高時，由于壓差混合氣體進入抑壓水池，進入抑壓水池的蒸汽發(fā)生冷凝，不凝氣體進入抑壓水池氣空間，抑壓水池對安全殼內(nèi)壓力升高有明顯的抑制效果。抑壓管道連接安全殼干井和濕井，管道末端鼓泡器結(jié)構(gòu)影響蒸汽冷凝特性，進而影響到安全殼卸壓效果。

此外，沸水堆和壓水堆非能動余熱導(dǎo)出系統(tǒng)(ADS)是非能動堆芯冷卻技術(shù)的一個關(guān)鍵系統(tǒng)，它能夠?qū)⒊瑝赫羝麑?dǎo)出到換料水箱中并通過噴頭鼓泡器噴放冷卻降壓，便于外界繼續(xù)向堆芯注水繼續(xù)降壓。鼓泡器將堆內(nèi)高溫高壓蒸汽排放至內(nèi)置換料水箱中，從而使一回路迅速降壓，同時降低事故工況下安全殼內(nèi)峰值壓力、峰值溫度，緩解事故后果。

國內(nèi)外單位和研究機構(gòu)對蒸汽抑壓排放設(shè)計各種鼓泡器：德國KKW沸水堆采用單孔鼓泡器，但是根據(jù)相關(guān)研究，多孔鼓泡器相對于單孔鼓泡器，在蒸汽冷凝過程中產(chǎn)生的噪聲小，對結(jié)構(gòu)的沖擊作用低；美國SBWR和歐洲ESBWR采用側(cè)面單向鼓泡器，對結(jié)構(gòu)的沖擊作用大；韓國原子能科學(xué)研究院對鼓泡器結(jié)構(gòu)也進行研究，但是上述研究都沒有從減小冷凝沖擊效應(yīng)考慮進行鼓泡器的設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)在核動力裝置蒸汽冷凝卸壓時會產(chǎn)生劇烈的振蕩，可能對系統(tǒng)壁面產(chǎn)生沖擊和機械損傷的缺陷，提出一種減小冷凝沖擊效應(yīng)的鼓泡器優(yōu)化方法，能夠使得鼓泡器結(jié)構(gòu)能夠減小蒸汽冷凝沖擊作用，提高核動力裝置蒸汽冷凝排放過程中的安全性。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明根據(jù)蒸汽冷凝流型位于射流狀態(tài)時，蒸汽冷凝振蕩頻率最高且振幅最低，冷凝沖擊作用對結(jié)構(gòu)的影響最小的特性，對鼓泡器上小孔孔徑與小孔分布進行優(yōu)化，使得鼓泡器出口蒸汽冷凝流型為射流。

所述的射流是指:當(dāng)流速u大于液滴的最小夾帶速度u_ent時，將會產(chǎn)生射流現(xiàn)象；鼓泡器出口流速其中：W為蒸汽質(zhì)量流量，ρ_g為蒸汽密度，n為小孔個數(shù)，S為單個孔的面積，最小夾帶速度σ為水的表面張力，g為重力加速度，ρ_l為水池中水體密度。

所述的射流區(qū)，通過單位面積蒸汽流量分析流型得到，根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究，水池溫度為20-40℃時，當(dāng)單位面積蒸汽流量W_S大于100kg/m²s而小于300kg/m²s時，蒸汽冷凝流型位于冷凝振蕩射流區(qū)，當(dāng)單位面積蒸汽流量W_S大于300kg/m²s時，蒸汽冷凝流型位于穩(wěn)定冷凝射流區(qū)。

所述的優(yōu)化，是指：由于核動力裝置空間限制，不適合采用X字形鼓泡器，且為防止蒸汽對壁面造成直接沖擊，故不采用L字形鼓泡器，故采用I字形與T字形鼓泡器結(jié)構(gòu)；為防止蒸汽直接射流沖擊結(jié)構(gòu)壁面而造成結(jié)構(gòu)損傷，綜合考慮噴孔朝向與壁面位置，避免噴孔直接對準(zhǔn)近壁面。多孔鼓泡器相對于單孔鼓泡器，能有效降低冷凝振蕩振幅，減小冷凝沖擊；提高冷凝振蕩頻率，減小結(jié)構(gòu)共振作用。對I字形鼓泡器，采用兩側(cè)和四周小孔分布；對T字形鼓泡器，采用向上和四周小孔分布。