[發明專利]自然循環系統不穩定流動的沸騰臨界實驗裝置及控制方法

有效

• 申請號: 202110631694.9
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113325028B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 彭傳新;昝元鋒;黃彥平;袁德文;劉亮
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G01N25/12
• 分類號: G01N25/12
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 胡曉麗

本發明公開了自然循環系統不穩定流動的沸騰臨界實驗裝置及控制方法，涉及核反應實驗技術領域，其技術方案要點是：包括順次連接且形成自然循環回路的沸騰臨界實驗本體、換熱器、流量調節閥、加熱器；自然循環回路通過波動幅值調節閥外接有穩壓器，穩壓器配置有排氣開關閥、充氣開關閥、排水開關閥、充水開關閥。可以進行自然循環系統流動不穩定出現后沸騰臨界的科學研究，通過合理的調節手段可以獲得沸騰臨界實驗本體入口溫度、壓力、自然循環平均流量以及自然循環流量的波動周期、波動幅值等不同參數的臨界熱流密度值，實現自然循環系統流動不穩定過程中沸騰臨界的系統性研究。

技術領域

本發明涉及核反應實驗技術領域，更具體地說，它涉及自然循環系統不穩定流動的沸騰臨界實驗裝置及控制方法。

背景技術

強迫循環條件下，泵的強驅動力可以維持流量、溫度和壓力等參數非常穩定，可以比較容易地獲得確定流量、溫度和壓力條件下的臨界熱流密度值。通過一定的技術手段，比如采用變頻電機，通過有規律的改變電機的頻率可以改變強迫循環流量，進行強迫循環流動不穩定性出現條件下的流動傳熱、沸騰臨界行為研究。

相比強迫循環流動，自然循環流動的驅動力相對較小，流量容易受系統特性的影響發生流動不穩定性，出現流量、壓力和溫度的波動現象。自然循環系統流動不穩定性的出現受諸多因素的影響，形成穩定的、有規律波動趨勢的自然循環流量異常，因此自然循環系統流動不穩定性條件下的熱工特性規律研究一直是反應堆界內多年未攻克的技術難題。

因此，如何研究設計一種自然循環系統不穩定流動的沸騰臨界實驗裝置及控制方法是我們目前急需解決的問題。

發明內容

為解決現有技術中的不足，本發明的目的是提供自然循環系統不穩定流動的沸騰臨界實驗裝置及控制方法，本發明可以產生有規律的波動自然循環系統流量，且能控制波動周期和波動幅值，實現了自然循環系統流動不穩定過程中沸騰臨界行為特性研究。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

第一方面，提供了自然循環系統不穩定流動的沸騰臨界實驗裝置，包括順次連接且形成自然循環回路的沸騰臨界實驗本體、換熱器、流量調節閥、加熱器；自然循環回路通過波動幅值調節閥外接有穩壓器，穩壓器配置有排氣開關閥、充氣開關閥、排水開關閥、充水開關閥。

進一步的，所述加熱器和流量調節閥均設置在換熱器的輸出端與沸騰臨界實驗本體的輸入端之間的管路；波動幅值調節閥的一端連接在換熱器、流量調節閥之間的管路。

進一步的，所述流量調節閥與加熱器之間的管路設有單向流量計，波動幅值調節閥遠離穩壓器的管路設有雙向流量計。

第二方面，提供了自然循環系統不穩定流動的沸騰臨界實驗控制方法，該方法應用于如第一方面中任意一項所述的自然循環系統不穩定流動的沸騰臨界實驗裝置，包括以下步驟：

S1：自然循環回路建立后增加沸騰臨界實驗本體的加熱功率，沸騰臨界實驗本體的出口升溫產生的蒸汽在壓力差作用下于自然循環回路、穩壓器之間來回流動，形成自然循環系統流動不穩定過程；

S2：調控自然循環系統流動不穩定過程中沸騰臨界實驗本體入口的不同熱工參數，模擬不同熱工參數對自然循環系統流動不穩定過程中的臨界熱流密度影響過程；熱工參數包括溫度、壓力、自然循環平均流量以及自然循環流量的波動周期和波動幅值。

進一步的，在步驟S1中，所述自然循環系統流動不穩定過程的形成過程具體為：

S101：自然循環回路建立后，逐漸增加沸騰臨界實驗本體的加熱功率，沸騰臨界實驗本體出口流體的溫度逐漸上升；當出口溫度達到飽和時，沸騰臨界實驗本體出口產生蒸汽；

S102：蒸汽產生后，自然循環回路的壓力上升，部分流體流入穩壓器，自然循環回路的壓力下降；