[發(fā)明專利]一種海洋熔鹽微堆球床堆芯可視化流動(dòng)傳熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110455270.1
• 申請(qǐng)日: 2021-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN113295728A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉利民;顧漢洋;劉博;肖瑤;劉茂龍;郭輝;何曉強(qiáng);杜政瑀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N25/20
• 分類號(hào): G01N25/20
• 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)明公開了一種海洋熔鹽微堆球床堆芯可視化流動(dòng)傳熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括依次連接的冷卻劑儲(chǔ)存罐、高溫離心泵、預(yù)熱器、混合器、質(zhì)量流量計(jì)、球床堆芯實(shí)驗(yàn)段、換熱器，混合器具有兩個(gè)出口，混合器的第一出口連接流量脈動(dòng)發(fā)生器，混合器的第二出口連接質(zhì)量流量計(jì)的入口；流量脈動(dòng)發(fā)生器以正弦速度周期性吸入與壓出冷卻劑，球床堆芯實(shí)驗(yàn)段為透明且耐高溫的玻璃，包括流動(dòng)特性可視化測(cè)量區(qū)和傳熱特性測(cè)量區(qū)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠獲得脈動(dòng)流作用下高溫氟鹽在球床堆芯間的流動(dòng)傳熱特性，為海洋熔鹽堆設(shè)計(jì)及安全分析提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及準(zhǔn)則模型支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進(jìn)核反應(yīng)堆熱工水力領(lǐng)域，尤其涉及一種海洋熔鹽微堆球床堆芯可視化流動(dòng)傳熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)熔鹽堆采用低壓、高熱容氟鹽冷卻劑，固有安全性高，堆芯設(shè)計(jì)可更緊湊、小型化；可輸出高于700℃高溫核熱，在零碳排放動(dòng)力供給、海水淡化等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。經(jīng)濟(jì)高度全球化對(duì)于海運(yùn)需求旺盛，但海運(yùn)業(yè)溫室氣體排放問題尖銳，聯(lián)合國(guó)國(guó)際海洋組織已強(qiáng)制要求海洋船運(yùn)設(shè)施2050年碳排放較2008年降低50％。我國(guó)海運(yùn)量占全球超過1/4，海運(yùn)面臨的減排任務(wù)更為艱巨。基于此，美國(guó)泰拉能源、南方公司聯(lián)合英國(guó)CorePower等公司成立熔鹽堆開發(fā)聯(lián)隊(duì)，旨在美國(guó)能源部先進(jìn)堆示范計(jì)劃支持下開展用于高安全性海洋熔鹽堆原型堆研究，實(shí)現(xiàn)海運(yùn)船舶動(dòng)力、電力供給零碳排放。海洋熔鹽堆采用球床堆芯，運(yùn)行溫度高達(dá)600-700℃的高溫氟鹽冷卻劑將堆芯核熱導(dǎo)出。海洋熔鹽微堆可與液態(tài)金屬熱管冷卻技術(shù)耦合，通過熱管進(jìn)一步將核熱傳遞至熱電轉(zhuǎn)換裝置，并通過次級(jí)熱管冷卻系統(tǒng)將核廢熱導(dǎo)出至最終熱阱或循環(huán)利用。高溫氟鹽普朗特?cái)?shù)(18-20)遠(yuǎn)高于水等常規(guī)介質(zhì)(0.7-7)。受球床堆芯內(nèi)復(fù)雜孔隙流道結(jié)構(gòu)影響，球表面邊界層未充分發(fā)展即被相鄰燃料球破壞，較常規(guī)冷卻劑通道呈現(xiàn)更迅速的流型轉(zhuǎn)變及更強(qiáng)的傳熱能力，因而高溫氟鹽在球床堆芯內(nèi)呈現(xiàn)出與常規(guī)流體、常規(guī)通道不同的傳熱機(jī)制。海洋熔鹽堆受風(fēng)、浪、泳等海洋獨(dú)特載荷作用，平臺(tái)發(fā)生有規(guī)律的周期性晃動(dòng)，反應(yīng)堆系統(tǒng)回路內(nèi)流量呈周期性變化，形成脈動(dòng)流。脈動(dòng)流作用下氟鹽冷卻劑在球床堆芯流動(dòng)轉(zhuǎn)捩點(diǎn)發(fā)生偏離，氟鹽與燃料球間傳熱特性較穩(wěn)態(tài)工況發(fā)生改變，流場(chǎng)與溫度場(chǎng)發(fā)生波動(dòng)。準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)海洋熔鹽堆球床堆芯高溫氟鹽流動(dòng)傳熱特性對(duì)于海洋熔鹽堆設(shè)計(jì)及運(yùn)行極為關(guān)鍵。脈動(dòng)流作用下氟鹽在球床堆芯流動(dòng)傳熱特性研究較少，脈動(dòng)流對(duì)于氟鹽與球型燃料元件間流動(dòng)傳熱的影響機(jī)理研究處于空白。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種海洋熔鹽微堆球床堆芯可視化流動(dòng)傳熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠獲得脈動(dòng)流作用下高溫氟鹽在球床堆芯間的流動(dòng)傳熱特性，為海洋熔鹽堆設(shè)計(jì)及安全分析提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及準(zhǔn)則模型支撐。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種海洋熔鹽微堆球床堆芯可視化流動(dòng)傳熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括實(shí)驗(yàn)回路，所述實(shí)驗(yàn)回路包括冷卻劑儲(chǔ)存罐、高溫離心泵、預(yù)熱器、混合器、流量脈動(dòng)發(fā)生器、質(zhì)量流量計(jì)、球床堆芯實(shí)驗(yàn)段、換熱器，其中，所述冷卻劑儲(chǔ)存罐的出口連接所述高溫離心泵的入口，所述高溫離心泵的出口連接所述預(yù)熱器的入口，所述預(yù)熱器的出口連接所述混合器的入口，所述混合器的第一出口連接所述流量脈動(dòng)發(fā)生器，所述混合器的第二出口連接所述質(zhì)量流量計(jì)的入口，所述質(zhì)量流量計(jì)的出口連接所述球床堆芯實(shí)驗(yàn)段的入口，所述球床堆芯實(shí)驗(yàn)段的出口連接換熱器的入口，所述換熱器的出口連接所述冷卻劑儲(chǔ)存罐的入口；

所述流量脈動(dòng)發(fā)生器以正弦速度周期性吸入與壓出冷卻劑，所述球床堆芯實(shí)驗(yàn)段為透明且耐高溫的玻璃，包括流動(dòng)特性可視化測(cè)量區(qū)和傳熱特性測(cè)量區(qū)。

優(yōu)選地，所述流量脈動(dòng)發(fā)生器包括驅(qū)動(dòng)單元、傳動(dòng)單元、活塞桿和活塞罐，所述活塞罐連接所述混合器的第一出口，所述傳動(dòng)單元的執(zhí)行端固連所述活塞桿，所述活塞桿與所述活塞罐間隙配合，所述驅(qū)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)單元，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)所述活塞桿水平以正弦速度直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。