[發明專利]一種研究蒸汽發生器內放射性物質滯留特性的實驗系統

在審

• 申請號: 202110469709.6
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113188598A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 周艷民;馬釬朝;楊敬豪;谷海峰;孫中寧
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種研究蒸汽發生器內放射性物質滯留特性的實驗系統，主要包括二次側液相環境模擬系統、二次側補給水系統、氣體及放射性模擬物配送系統以及測量系統，利用二次側液相環境模擬系統作為承壓邊界及蒸汽發生器模擬體，結合管束結構式電加熱裝置來模擬工作狀態下傳熱管束區內的沸騰換熱環境，同時通過變截面結構設計來模擬在蒸汽發生器內部極高的含氣率及表觀氣速的氣液兩相環境，此系統可適用于較為寬泛的實驗條件，可實現對不同事故進程條件下蒸汽發生器內放射性物質滯留特性的研究，同時采用PID控制設計，減少了實驗操作及控制的復雜性，提高了實驗工況的穩定性。

技術領域

本發明涉及一種研究核電廠蒸汽發生器內放射性物質滯留特性的實驗系統，可以對不同事故進程條件下的氣相及液相環境進行模擬，主要用于研究在核電廠發生嚴重事故時，在蒸汽發生器內部的放射性物質遷移滯留現象。

背景技術

隨著社會的不斷發展，各行業對于能源的需求日益嚴重，而核電作為一種清潔高效的能源在世界范圍內得到了廣泛的應用。但是由于其擁有極大的危險性，需要針對其失控造成的嚴重事故進行嚴格的危險評估，而其中最嚴重的威脅則是由于放射性物質的外泄造成的放射性污染，所以對核電廠嚴重事故條件下放射性物質遷移特性的研究是目前研究的重點。而池式過濾是反應堆嚴重事故進程中涉及的重要物理現象，在多種反應堆設施中均存在，其中最典型的即為蒸汽發生器傳熱管破口事故(SGTR)。在此過程中由于堆芯熔毀等原因產生的放射性物質會隨著不凝性氣體或水蒸汽進入液相中，一部分放射性物質會滯留在液相中，也有一部分會進入氣空間，釋放出去的放射性物質會導致整個二回路系統甚至廠房遭受放射性污染的風險，放射性物質在液相中的滯留特性將會對事故后期安全殼內的放射性濃度產生重要的影響，因此，準確掌握放射性物質在液相中的滯留效率，對于合理評價事故工況下安全殼內的放射性物質的濃度水平，以及制定相應的事故緩解措施都有重要意義。

而根據事故進程的不同，池洗過濾現象也不盡相同，文獻“Technical Bases andUser’s Manual for the Prototype of a Suppression Pool Aerosol Removal Code(SPARC).(Owczarski,P.C.,Schreck,R.I.1985)”提出可以將其分為三個部分，一是高溫混合氣體在壓差的驅動下，由氣相空間排入液相中，氣體在與液相的初始接觸階段，由于排放氣體壓力較高，會在排放管口處形成射流條件，即存在明顯的氣相核心區域，射流區內氣液兩相由于懸殊的密度差、速度差和溫度差，發生著復雜的質量、動量和能量交換過程，氣相中攜帶的放射性物質也會在此過程中與液相接觸而被滯留下來。隨著射流形態的發展，主流氣體能量不斷被耗散，最終速度減慢分散成不同尺度的離散氣泡，這些氣泡在自身浮力的作用下向上運動，形成池式鼓泡條件，在氣泡穿過液相的整個過程中，氣相中攜帶的放射性物質會在慣性力及擴散力等多力場的作用下在氣-液界面處發生質量傳遞現象，使得部分放射性物質由氣相轉移至液相并被滯留下來。最后是當氣泡上浮到液面區域時，由于液膜破碎形成的微小液滴，有可能被上升氣流攜帶進入氣空間，造成放射性物質的二次釋放。但是由于事故的不同，也可能存在其他放射性物質的滯留釋放現象，比如在蒸汽發生器傳熱管破口事故中，由于傳熱管未失效，仍舊存在大量的蒸汽泡產生，這也會造成放射性的二次釋放。由于在池洗過程中存在復雜的氣液兩相環境和邊界條件，如何對事故現象中的氣相及液相環境進行模擬是實驗進行的關鍵。