[發明專利]一種核反應堆抑壓池的交錯射流式鼓泡器

有效

• 申請號: 202110038532.4
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112927827B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 楊小平;陳娜娜;周堯;劉繼平;魏進家
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G21C9/012
• 分類號: G21C9/012
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明提出了一種核反應堆抑壓池的交錯射流式鼓泡器，包括泄壓蒸汽管道、鼓泡器主管道、分流器、鼓泡器主管道導流孔和分流器導流孔；其中，泄壓蒸汽管道與鼓泡器主管道相連，分流器與鼓泡器主管道末端相連，鼓泡器主管道的側壁上開設多列平行的導流孔，分流器為圓柱狀中空結構，分流器的上端面沿周向開設有多列分流器導流孔。從分流器出來的蒸汽噴射流大大增強了過冷水的湍流強度，從而將主管道側向出來的蒸汽噴射流平均凝結換熱系數顯著提高，有利于蒸汽的快速冷凝釋放熱量。同時，不同方向的蒸汽噴射流混合攪動能夠有效減輕抑壓池內熱分層現象，從而削減熱應力不均勻對抑壓池的潛在危害，提高核反應堆安全可靠性。

技術領域

本發明屬于核能安全領域，具體地涉及一種核反應堆抑壓池的交錯射流式鼓泡器。

背景技術

抑壓池是現代核反應堆事故安全系統中的重要設備，當壓水堆負荷降低導致一回路壓力升高時，穩壓器上部的蒸汽會通過泄壓閥進入鼓泡器，然后以射流的形式排入抑壓池中冷凝，降低穩壓器壓力，從而維持一回路壓力的穩定。此外，當沸水堆發生失水事故時，抑壓池對堆芯產生的大量蒸汽施緊急冷卻同樣有著至關重要的作用。可見，無論對于壓水堆還是沸水堆，抑壓池的基本功能都是將蒸汽管路出來的蒸汽冷凝，能否快速將大量蒸汽冷卻成為抑壓池的首要任務。蒸汽在抑壓池與過冷水發生的換熱過程稱為直接接觸凝結，換熱系數雖然可達MW/m²K量級，但是在緊急事故下，大量蒸汽涌入抑壓池水體中，要消納大量蒸汽就不得不增加抑壓池的容積，這會增加建設和運維成本。公開研究表明蒸汽與過冷水直接接觸凝結的熱阻在水側，通過泵提高過冷水的流速可將直接接觸凝結換熱系數提升至10MW/m²K量級，顯著提高蒸汽凝結速率，但在抑壓池內卻難以通過泵來實現冷水加速。此外，在鼓泡器附近，靠近射流核心區水體吸收蒸汽潛熱后溫度迅速升高，由于熱水密度小而冷水密度大，熱水上浮于表面而冷水逐漸下沉到底層，抑壓池水體沿垂直方向出現明顯的熱分層現象，公開研究表明靠近射流核心區與遠離核心區的溫差能夠高達50℃以上，熱分層引起的熱應力不均勻對抑壓池的結構安全存在嚴重威脅。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的是提出了一種核反應堆抑壓池的交錯射流式鼓泡器，利用豎直方向噴孔射流對冷水的加速效應實現強化水平方向的射流凝結換熱過程，提高蒸汽的凝結速率，實現抑壓池對蒸汽熱量的快速消納和管路快速調壓；另一方面利用不同方向的交錯式射流能夠在抑壓池形成大尺度縱向渦流，解決抑壓池的熱分層問題。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種核反應堆抑壓池的交錯射流式鼓泡器，包括泄壓蒸汽管道、鼓泡器主管道、分流器、鼓泡器主管道導流孔和分流器導流孔；其中，泄壓蒸汽管道與鼓泡器主管道相連，分流器與鼓泡器主管道末端相連，鼓泡器主管道的側壁上開設多列平行的導流孔，分流器為圓柱狀中空結構，分流器的上端面沿周向開設有多列分流器導流孔。

本發明進一步的改進在于，導流孔的直徑D通過下式計算：

式中，m_s為單孔蒸汽流量，κ為絕熱指數，p_s為蒸汽壓力，ρ_s為蒸汽密度。

本發明進一步的改進在于，導流孔的數量N由下式計算：

式中，M_s為鼓泡器主管道蒸汽流量，m_s為單孔流量。

本發明進一步的改進在于，分流器導流孔的列數與鼓泡器主管道導流孔的列數相同。

本發明進一步的改進在于，鼓泡器主管道導流孔沿鼓泡器主管道周向設置若干圈，沿鼓泡器主管道高度設置若干行，分流器導流孔沿分流器周向設置若干圈，沿分流器徑向設置若干行。同一周向角度處，沿分流器徑向設置的分流器導流孔的中心點連線與沿鼓泡器主管道高度設置的鼓泡器主管道導流孔的中心點連線相交。