[發(fā)明專利]一種模擬堆芯燃料棒彎曲熱工水力行為的環(huán)形實驗裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111520239.8
• 申請日: 2021-12-13
• 公開（公告）號: CN114220557A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭俊良;孔煥俊;劉揚;桂淼;單建強(qiáng);單嘉潤
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);浙江青核軟件科技有限公司
• 主分類號: G21C3/328
• 分類號: G21C3/328;G21C3/34
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開了一種模擬堆芯燃料棒彎曲熱工水力行為的環(huán)形實驗裝置，包括套裝在一起的內(nèi)管和外管，內(nèi)管的兩端安裝有內(nèi)管電極，用來給內(nèi)管進(jìn)行加熱，內(nèi)管通過上下兩端的密封卡套實現(xiàn)與外管的密封，外管的上下兩端安裝有外管電極，用來給外管進(jìn)行加熱，外管的側(cè)壁上連接有入口管道和出口管道，工質(zhì)從入口管道流入經(jīng)過內(nèi)管與外管之間的流道，最終從出口管道流出，外管的兩端連接有連接法蘭，外管上安裝有若干定位格架。相比于棒束幾何的復(fù)雜形式，本發(fā)明采用簡單的環(huán)形通道用來模擬堆芯燃料棒彎曲的熱工水力行為。不同于圓管，環(huán)形通道的幾何形式可以考慮棒束效應(yīng)，如間隙大小、曲率和相鄰為加熱表面的存在。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核反應(yīng)堆熱工水力實驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模擬堆芯燃料棒彎曲熱工水力行為的環(huán)形實驗裝置。

背景技術(shù)

現(xiàn)代壓水堆普遍采用了無盒、帶指型控制組件的棒束型核燃料組件，組件內(nèi)的燃料元件按正方形排列。核燃料組件由燃料棒、導(dǎo)向管、定位格架和上下管座組成。在大亞灣核電廠中，燃料組件中的燃料棒呈17×17正方形排列。導(dǎo)向管與8層格架和上下管座連接，組成基本的燃料組件結(jié)構(gòu)骨架，而燃料棒被支撐并夾緊在這個結(jié)構(gòu)骨架內(nèi)，棒的間距沿組件的全長保持不便。每個組件共有289個柵元，柵元位置中設(shè)有24根導(dǎo)向管和一根堆內(nèi)通量測量管，其余264個柵元裝有燃料棒。根據(jù)柵元的不同，將堆芯柵元分為典型柵元(均由燃料棒構(gòu)成)和導(dǎo)向管柵元(由燃料棒與導(dǎo)向管或測量管構(gòu)成)。反應(yīng)堆在運行過程中，導(dǎo)向管柵元由于冷壁效應(yīng)的存在因而與典型柵元的熱工水力特性有顯著的不同。此外，在堆芯壽期末燃料由于釋放出裂變氣體和輻照造成燃料棒和包殼不同程度的熱膨脹和燃料腫脹，從而導(dǎo)致堆芯熱工水力特性更為復(fù)雜。其中，對臨界熱流密度的影響是堆芯熱工水力設(shè)計當(dāng)中不可忽略的重要因素之一。

臨界熱流密度在核反應(yīng)堆中是一個重要的安全運行保障參數(shù)，核反應(yīng)堆功率被限制在臨界熱流密度范圍內(nèi)。一旦超過臨界熱流密度，燃料包殼與冷卻劑之間的傳熱就會惡化，導(dǎo)致包殼溫度急劇上升和潛在失效的可能性。臨界熱流密度的存在極大地挑戰(zhàn)了核反應(yīng)堆的安全性和運行極限。因此，準(zhǔn)確預(yù)測棒束臨界熱流密度將有助于優(yōu)化輸出功率，提高反應(yīng)堆運行的安全性。此外，由于冷壁效應(yīng)和棒彎曲對臨界熱流密度的影響機(jī)制尚不明確，需進(jìn)一步開展臨界熱流密度機(jī)理實驗研究。

傳統(tǒng)探究棒束臨界熱流密度研究采用5×5棒束通道，且已被證明可以有效反映堆芯臨界熱流密度熱性。由于棒束實驗成本昂貴，且無法大規(guī)模開展不同彎曲程度的臨界熱流密度實驗，一般僅用在工程驗證方面，無法進(jìn)行棒彎曲對臨界熱流密度影響機(jī)理方面的研究。這是不利于臨界熱流密度研究的進(jìn)展和新型燃料組件開發(fā)的。因此，以簡單通道快速模擬堆芯燃料棒彎曲熱工水力行為是探究棒束臨界熱流密度機(jī)理的一種重要手段。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，滿足實驗需要，本發(fā)明的目的是提供一種模擬堆芯燃料棒彎曲熱工水力行為的環(huán)形實驗裝置。該裝置的幾何形式為環(huán)形形式，基于水力當(dāng)量直徑與待研究柵元相同的設(shè)計準(zhǔn)則。內(nèi)管和外管可分別單獨加熱或內(nèi)外同時加熱用來模擬典型柵元以及探究冷壁效應(yīng)機(jī)理。外管被分成四段并由卡箍連接，在三個連接處可靈活的放置不同偏心率的定位格架用來探究不同偏心程度、彎曲程度及彎曲位置對熱工水力特性的影響。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)大規(guī)模棒束臨界熱流密度實驗裝置的不足，為復(fù)雜異形棒束通道內(nèi)熱工水力實驗研究提供新的技術(shù)支持。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種模擬堆芯燃料棒彎曲熱工水力行為的環(huán)形實驗裝置，包括套裝在一起的內(nèi)管和外管，內(nèi)管的兩端安裝有內(nèi)管電極，用來給內(nèi)管進(jìn)行加熱，內(nèi)管通過上下兩端的密封卡套實現(xiàn)與外管的密封，外管的上下兩端安裝有外管電極，用來給外管進(jìn)行加熱，外管的側(cè)壁上連接有入口管道和出口管道，工質(zhì)從入口管道流入經(jīng)過內(nèi)管與外管之間的流道，最終從出口管道流出，外管的兩端連接有連接法蘭，外管上安裝有若干定位格架。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，在內(nèi)管的上下兩端焊有兩段鎳棒。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，密封卡套中有圓形凹槽用來放置O型環(huán)，從而實現(xiàn)密封。