[發明專利]一種球流定位跟蹤實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202110693444.8
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113450934B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 程從禮
• 申請（專利權）人: 華能山東石島灣核電有限公司
• 主分類號: G21C17/00
• 分類號: G21C17/00
• 代理公司: 北京中知法苑知識產權代理有限公司 11226
• 代理人: 李明;趙吉陽

本發明涉及一種球流定位跟蹤實驗裝置及方法，實驗裝置包括二維堆芯臺架、外部循環系統和計算系統；二維堆芯臺架設置有容納腔室，以使若干石墨球能夠單層平鋪在容納腔室內；外部循環系統與容納腔室相連通，以使若干石墨球在容納腔室中循環流動；計算系統與外部循環系統電連接，以在從容納腔室中卸出的石墨球達到預設數量時，獲取容納腔室中各石墨球的位置圖像，并根據各位置圖像實現對球流的定位和跟蹤。本發明無需特別標識，即可快速、精確地檢測任意時刻實驗裝置內所有石墨球的絕對位置，全程、全范圍地跟蹤實驗裝置內所有石墨球流動的球流軌跡，實現對二維球流模型中的石墨球全范圍、高精度、快速的定位及跟蹤。

技術領域

本發明涉及核工程技術領域，具體涉及一種球流定位跟蹤實驗裝置及方法。

背景技術

高溫氣冷堆采用球床堆芯及不停堆換料技術。燃料球多次通過堆芯，即燃料球從堆芯頂部裝入，在重力的作用下向下流經堆芯、裂變產生熱量，然后通過專門的卸料裝置卸出堆芯，經燃耗測量裝置測量燃耗后，未到卸料燃耗限值的燃料球再次通過燃料裝卸系統返回堆芯、再次裂變產生熱量。多次通過堆芯裂變后達到卸料燃耗的燃料球按乏燃料卸出，裝入專門的乏燃料罐中。因此，堆芯是由多次通過、具有不同燃耗水平的燃料球混合組成，并且是始終緩慢流動的。由于球床的球流運動規律決定了不同通過次數、不同燃耗水平的燃料球在堆芯的分布狀況，并由此影響堆芯的核燃料分布，進而影響功率分布、溫度分布，這些反過來又可能影響球流運動本身，因此，球流運動規律是球床式高溫氣冷堆的重要研究內容。

鑒于其重要性，國內外對球流運動規律進行了廣泛而大量的研究，包括臺架實驗、數值模擬以及對堆芯設計的影響研究。特別是二十世紀五十年代以來，以德國為首的很多國家進行了大量的基于臺架的球流實驗研究，采用不同球體材料、不同實驗比例(包括1:1比例的大型臺架)，模擬不同的反應堆工況，對球流規律得到一定的認識和掌握，并用于AVR實驗堆、THTR原型核電站的設計，同時得到這些反應堆上的運行數據的驗證和指導。從二十世紀八十年代開始，中國也對球流進行了大量的實驗臺架研究，特別是2000年后，在高溫氣冷堆重大專項框架下，開展了大量的球流實驗臺架研究，用于支持HTR-10、HTR-PM的設計和更廣泛的球流規律研究。同樣，二十世紀九十年代開始，南非也對球流進行了大量的實驗和數值模擬研究，用于指導球床模塊高溫氣冷堆(Pebble Bed Modular Reactor，PBMR)的設計。

綜合各高溫氣冷堆球流研究方法和內容可以發現，燃料球位置檢測技術是球流實驗的關鍵技術。然而，傳統唯象學方法通過設置標志球對球流運動進行人工觀察和記錄，雖然準備工作簡捷，但是工作量大，只能同時觀測少量球，且容易發生人因失誤。放射性示蹤法的優點是實驗可以直接針對三維模型進行，能夠更真實地模擬實際堆芯結構，球流軌跡的獲取方式也更加客觀、可靠，但這種方法的缺點在于，多數情況下，每次實驗只能追蹤一個放射球的運動，且要求球的運動是非連續的，如果想要獲取多條運動軌跡，則需要手動調節放射球的初始投放位置，對實驗條件和分析算法的要求非常嚴苛，實驗成功率和準確性都有待提高。此外，放射性示蹤法的設備造價昂貴，實驗花費較高。X射線投影法可以同時獲得球的平移和旋轉位移，實驗結果可用于驗證DEM球流運動模擬結果，為研究球床堆燃料球分布和滯留時間提供了一種有效方法，但該方法存在檢測正確率低、效率低、對追蹤球在整個印料過程中的運動執跡則較為困難等缺陷，其更多地關注大量球在短距高、短時間內的位移。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提供一種二維球流全范圍、全程、精確定位跟蹤實驗裝置及方法。

本發明的一個方面，提供一種球流定位跟蹤實驗裝置，所述實驗裝置包括二維堆芯臺架、外部循環系統和計算系統；

所述二維堆芯臺架設置有容納腔室，以使若干石墨球能夠單層平鋪在所述容納腔室內；

所述外部循環系統與所述容納腔室相連通，以使所述若干石墨球在所述容納腔室中循環流動；