一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置
阅读：103发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置，包括反应堆模拟体和回路主 泵 ，还包括喷射器模拟体； 蒸汽 由输出管线流出反应堆模拟体，输出管线分成分支管路I和分支管路II两条支路，分支管路I依次经过回路主泵后连接至喷射器模拟体的吸入口，分支管路II连接至喷射器模拟体的吸入口，喷射器模拟体的出口通过输入管线与反应堆模拟体连接；所述分支管路I上还设有流量调节 阀 。本发明提供的实验装置可以实现对加装喷射器的自然循环反应堆一回路系统自然循环运行特性进行模拟，用于研究喷射器性能和加装喷射器反应堆一回路自然循环运行特性，以验证设计的合理性和可行性，为自然循环反应堆的设计提供必要的 支撑 。，下面是一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置专利的具体信息内容。
1.一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置，包括反应堆模拟体(1)和回路主泵(7)，其特征在于，还包括喷射器模拟体(3)；蒸汽由输出管线流出反应堆模拟体(1)，输出管线分成分支管路I和分支管路II两条支路，分支管路I依次经过回路主泵(7)后连接至喷射器模拟体(3)的吸入口，分支管路II连接至喷射器模拟体(3)的吸入口，喷射器模拟体(3)的出口通过输入管线与反应堆模拟体(1)连接；所述分支管路I上还设有流量调节阀(5)。
2.根据权利要求1所述的一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置，其特征在于，所述回路主泵(7)输出端的分支管路I上还设有主泵旁路，所述主泵旁路连接至回路主泵(7)输入端的分支管路I上；所述主泵旁路上还设有流量调节阀(5)。
3.根据权利要求2所述的一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置，其特征在于，位于主泵旁路上游的分支管路I上、以及位于主泵旁路下游的分支管路I上均设有流量调节阀(5)。
4.根据权利要求3所述的一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置，其特征在于，位于输入管线上、主泵旁路上、以及位于主泵旁路下游的分支管路I上均设有流量计(4)。
5.根据权利要求2所述的一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置，其特征在于，所述主泵旁路上还设有截止阀(6)。
6.根据权利要求1所述的一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置，其特征在于，还包括稳压器模拟体(8)，所述稳压器模拟体(8)通过管线与分支管路I连通。
7.根据权利要求1所述的一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置，其特征在于，所述喷射器模拟体(3)的吸入口采用双吸入口，喷射器模拟体(3)的出口为双出口。
8.根据权利要求1所述的一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置，其特征在于，所述反应堆模拟体(1)包括下段筒体和堆芯上部构件模拟件(2)，所述下段筒体内部下降段腔室内沿周向设有环形分隔板，环形分隔板将下降段筒体内部腔室分隔成上下两段，上端腔室与输出管线连通，下端腔室与输入管线连通。
9.根据权利要求1或8所述的一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置，其特征在于，所述反应堆模拟体(1)的堆芯采用电加热元件模拟燃料组件发热，电加热元件直径
7mm～10mm，加热长度900mm～1200mm。
一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置
技术领域
背景技术
[0002] 自然循环是指在闭合的回路内依靠上升段和下降段内流体密度差所产生的压头形成的水循环，不需要外加动力就能将反应堆的热量导出，因此堆芯自然循环可以提高压水反应堆的固有安全性，也是核反应堆先进性的重要评价标准。堆芯高自然循环能力可以提高压水反应堆的固有安全性和可靠性，如何提高反应堆自然循环能力是反应堆工程研发一个重要的领域。
[0003] 加装喷射器的自然循环反应堆通过在反应堆压力容器内布置喷射器实现主泵旁通，从而提高反应堆自然循环能力。喷射器是一种流体动力装置，利用喷嘴的高速射流来输送流体，其优点是摒弃了现有升压设备中高速运动的机械部件，具有体积小、高效、节能、无泄漏、安全性和可靠性高等特点。在自然循环工况下，反应堆加装喷射器后一回路冷却剂流经喷射器吸入口进行循环，减小了反应堆一回路自然循环流动阻力，提高了系统的自然循环能力，因此加装喷射器的自然循环反应堆是一种具有高自然循环能力的先进堆型[0004] 经查新，目前国内外还没有公开关于加装喷射器的自然循环反应堆一回路系统自然循环特性的试验研究或理论研究的相关报道，为研究自然循环反应堆一回路系统自然循环特性，需要先建造基础模拟实验装置，以开展自然循环反应堆一回路自然循环运行特性实验研究，获得喷射器的特性参数和加装喷射器的自然循环反应堆一回路系统自然循环工况运行特性的基础数据，但是建造内置喷射器的压力容器模拟实验种植，压力容器内布置和测量难度较大，可实现性小。
[0005] 综上所述，有必要研制结构较为简单、模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置，能够实现对加装喷射器的反应堆一回路系统自然循环特性的模拟，用于研究喷射器性能和加装喷射器反应堆一回路自然循环运行特性，以验证设计的合理性和可行性，为自然循环反应堆的设计提供必要的支撑。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题是：建造模拟加装喷射器的反应堆一回路系统自循环特性的实验装置，布置和测量难度较大，本发明提供了解决上述问题的一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置。在压力容器外部设置包含喷射器的喷射系统，可以在提高堆芯自然循环能力基础上大大降低反应堆一回路布置难度，且利于实现参数的准确测量。
[0007] 本发明通过下述技术方案实现：
[0008] 一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置，包括反应堆模拟体和回路主泵，还包括喷射器模拟体；蒸汽由输出管线流出反应堆模拟体，输出管线分成分支管路I和分支管路II两条支路，分支管路I依次经过回路主泵后连接至喷射器模拟体的吸入口，分支管路II连接至喷射器模拟体的吸入口，喷射器模拟体的出口通过输入管线与反应堆模拟体连接；所述分支管路I上还设有流量调节阀。
[0009] 在模拟自然循环时：关闭回路主泵，将分支管路I上的流量调节阀调节至最小，保障无流体通过分支管路I，启动喷射器模拟体，经反应堆模拟体加热的蒸汽由输出管线流出后进入分支管路I，进入喷射器模拟体3后，由喷射器模拟体出口喷出，最后经输入管线回流至反应器模拟体，完成自然循环。
[0010] 在模拟强迫循环时：将分支管路I上的流量调节阀调节至设定值，启动回路主泵7。经反应堆模拟体1加热的蒸汽由输出管线流出后，蒸汽沿管线分成两路流动：一路依次流经分支管路II进入喷射器模拟体3；另一路流入分支管路I，在回路主泵7的动力作用下，沿分支管路I流动最后进入喷射器模拟体3，分支管路I和分支管路II两条支路的流体在喷射器模拟体3的喉管汇合后，经喷射器模拟体3流出后经输入管线流回反应堆模拟体1。
[0011] 进一步地，所述回路主泵输出端的分支管路I上还设有主泵旁路，所述主泵旁路连接至回路主泵输入端的分支管路I上；所述主泵旁路上还设有流量调节阀。
[0012] 本发明通过在分支管路I上设置主泵旁路，一方面用于大幅度调节分支管路I流体流量，流体在流过回路主泵后分成两路，一路进入主泵旁路，剩余流体继续沿分支管路I向前流动汇入喷射器模拟体，依据实际模拟需求，设置回路主泵后的分支管路I与主泵旁路两者管径相对大小，从而获得具有不同调节能力的主泵旁路，主泵旁路管径越大，则主泵旁路的流量调节幅度越大。在需要精密调节分支管路I汇入喷射器模拟体的流量时，可配合流量调节阀使用。
[0013] 进一步地，位于主泵旁路上游的分支管路I上、以及位于主泵旁路下游的分支管路I上均设有流量调节阀。
[0014] 通过在输入管线上设置流量计，用于测量稳态或瞬态等任意工况下回流入反应堆模拟体的流体总流量；依据流量计显示的流量大小，调控上游主泵旁路及各流量调节阀，保障输入管线上流量计显示设定数值：若流量计显示数值与设定数值偏差较大，则可直接调控回路主泵上游的流量调节阀，控制进入分支管路I的流体流量大小；若流量计显示数值与设定数值偏差较小，则可开启主泵旁路，通过主泵旁路分流快速调整分支管路I汇入喷射器模拟体的流量大小，此时还可通过调控设置在主泵旁路上的流量调节阀的开关量调整主泵旁路的分流量；若流量计显示数值与设定数值偏差微小，则可通过直接调节主泵旁路输出端与喷射器模拟体之间的流量调节阀即可获得精准调节。
[0015] 进一步地，位于输入管线上、主泵旁路上、以及位于主泵旁路下游的分支管路I上均设有流量计。
[0016] 在采用主泵旁路以及流量调节阀调节回路流量大小时，可依据各个流量计的读数进行有效调控，各个流量计也用于获取相应工况下所需的流量参数。
[0018] 截止阀用于控制主泵旁路流体的通断。
[0019] 进一步地，还包括稳压器模拟体，所述稳压器模拟体通过管线与分支管路I连通。
[0021] 进一步地，所述喷射器模拟体的吸入口采用双吸入口，喷射器模拟体的出口为双出口。
[0022] 相对于喷射器原型，本发明设置的喷射器模拟体为双吸入口和双出口，利于保持反应堆模拟体下降段内流场均匀。
[0023] 进一步地，所述反应堆模拟体包括下段筒体和堆芯上部构件模拟件，所述下段筒体内部下降段腔室内沿周向设有环形分隔板，环形分隔板将下降段筒体内部腔室分隔成上下两段，上端腔室与输出管线连通，下端腔室与输入管线连通。
[0024] 冷却剂经反应堆模拟体堆芯加热升温后流入上升段，从堆芯上部出口进入堆芯上部构件模拟件，在堆芯上部构件模拟件中冷却降温；从堆芯上部构件模拟件流出的冷却剂沿着压力容器内壁的环形空腔向下流动，进入反应堆模拟体下空腔上部；然后进入喷射系统升压，分为两路，一路通过回路主泵，一路进入喷射器模拟体吸入室，两者在喷射器模拟体喉管汇合；从喷射器模拟体流出后再流入反应堆模拟体下空腔的下部，回流进入反应堆模拟体继续加热，形成闭合的一回路流动系统。
[0026] 本发明具有如下的优点和有益效果：
[0027] 本发明提供的实验装置可以实现对加装喷射器的自然循环反应堆一回路系统自然循环运行特性进行模拟，用于研究喷射器性能和加装喷射器反应堆一回路自然循环运行特性，以验证设计的合理性和可行性，为自然循环反应堆的设计提供必要的支撑。
[0028] 本发明提供的模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置能够实现对加装喷射器的自然循环反应堆一回路系统不同运行工况以及不同热工参数(压力、温差、平均温度等)条件下自然循环运行特性的模拟，包括喷射器水力特性、一回路各区段阻力特性、自然循环稳态特性、强迫循环转自然循环瞬态特性、自然循环转强迫循环瞬态特性等系统运行特性。目前已用于自然循环反应堆运行特性的实验研究，为自然循环反应堆工程设计提供了必要的技术支持。附图说明
[0030] 图1为本发明提供的一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置示意图。
[0031] 附图中标记及对应的零部件名称：1-反应堆模拟体，2-堆芯上部构件模拟件，3-喷射器模拟体，4-流量计，5-流量调节阀，6-截止阀，7-回路主泵，8-稳压器模拟体。
具体实施方式
[0032] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0033] 实施例1
[0034] 本实施例提供了一种模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置，包括反应堆模拟体1、回路主泵7和喷射器模拟体3；蒸汽由输出管线流出反应堆模拟体1，输出管线分成分支管路I和分支管路II两条支路，分支管路I依次经过回路主泵7后连接至喷射器模拟体3的吸入口，分支管路II连接至喷射器模拟体3的吸入口，喷射器模拟体3的出口通过输入管线与反应堆模拟体1连接；所述分支管路I上还设有流量调节阀5。
[0035] 本发明提供的模拟自然循环反应堆一回路特性的实验装置工作原理如下所示：
[0036] 在模拟自然循环时：关闭回路主泵7，将分支管路I上的流量调节阀调节至最小，保障无流体通过分支管路I，启动喷射器模拟体3，经反应堆模拟体1加热的蒸汽由输出管线流出后进入分支管路I，进入喷射器模拟体3后，由喷射器模拟体3出口喷出，最后经输入管线回流至反应器模拟体1，完成自然循环。由于流体未流经路主泵7，从而减小了自然循环的流动阻力，可大幅度提高自然循环流量。
[0037] 在模拟强迫循环时：将分支管路I上的流量调节阀调节至设定值，启动回路主泵7。经反应堆模拟体1加热的蒸汽由输出管线流出后，蒸汽沿管线分成两路流动：一路依次流经分支管路II进入喷射器模拟体3；另一路流入分支管路I，在回路主泵7的动力作用下，沿分支管路I流动最后进入喷射器模拟体3，分支管路I和分支管路II两条支路的流体在喷射器模拟体3的喉管汇合后，经喷射器模拟体3流出后经输入管线流回反应堆模拟体1。在模拟强迫循环情况下，由分支管路I和分支管路II两条管路用于将反应堆模拟体1流出的蒸汽导入喷射器模拟体3内，利于获得较大的流体流量。
[0038] 对于自然循环反应堆一回路系统而言，其主要研究的物理现象是自然循环特性，包括一回路各区段阻力特性、强迫循环及自然循环稳态特性、强迫循环及自然循环瞬态特性等，这些物理过程均是整个回路系统的反应特性，而流动和传热现象对其影响很大。因此，模拟试验装置设计时主要考虑对整个反应堆系统特性的模拟，同时需要考虑热传递现象的模拟。根据相似理论，为使装置能够再现原型的主要热工水力特性，应保证两者的无量纲微分方程组相同，即要求试验装置与原型的同名相似准则数相等。一回路系统设计模拟方法选择以回路系统反应特性模拟为主的Ishii-Kataoka模拟准则来模拟与流体流动有关的现象；对于热传递现象采用功率(换热量)模拟，即模拟装置发热量与原型一致；对一回路系统流体流动模拟，主要选择Richardson数和摩擦系数这两个拟准则数，其模拟满足程度标志着自然循环的源动力满足程度，即模拟装置的驱动力、阻力与原型一致，一回路的设计尽可能模拟原型设计结构及流动特性，使原型和模型的摩擦系数控制参数尽可能相等。
[0039] 实施例2
[0040] 在实施例1的基础上进一步改进，所述回路主泵7输出端的分支管路I上还设有主泵旁路，主泵旁路连接至回路主泵7输入端的分支管路I上；位于主泵旁路上游的分支管路I上、以及位于主泵旁路下游的分支管路I上均设有流量调节阀5，主泵旁路上还设有截止阀6。位于输入管线上、主泵旁路上、以及位于主泵旁路下游的分支管路I上均设有流量计4。
[0041] 本发明通过在分支管路I上设置主泵旁路，一方面用于大幅度调节分支管路I流体流量，流体在流过回路主泵7后分成两路，一路进入主泵旁路，剩余流体继续沿分支管路I向前流动汇入喷射器模拟体3，依据实际模拟需求，设置回路主泵7后的分支管路I与主泵旁路两者管径相对大小，从而获得具有不同调节能力的主泵旁路，主泵旁路管径越大，则主泵旁路的流量调节幅度越大。在需要精密调节分支管路I汇入喷射器模拟体3的流量时，可配合流量调节阀5使用。另一方面，尤其在模拟自然循环工况时，在回路主泵7上下游的流量调节阀5均关闭后，可通过主泵旁路对回路主泵7起到保护作用。
[0042] 此外，本发明通过设置多个流量调节阀5和流量计4，可实现对整个循环管路流量的准确调控和测量。
[0043] 通过在输入管线上设置流量计4，用于测量稳态或瞬态等任意工况下回流入反应堆模拟体1的流体总流量；依据流量计4显示的流量大小，调控上游主泵旁路及各流量调节阀，保障输入管线上流量计4显示设定数值：若流量计4显示数值与设定数值偏差较大，则可直接调控回路主泵7上游的流量调节阀5，控制进入分支管路I的流体流量大小；若流量计4显示数值与设定数值偏差较小，则可开启主泵旁路，通过主泵旁路分流快速调整分支管路I汇入喷射器模拟体3的流量大小，此时还可通过调控设置在主泵旁路上的流量调节阀5的开关量调整主泵旁路的分流量；若流量计4显示数值与设定数值偏差微小，则可通过直接调节主泵旁路输出端与喷射器模拟体3之间的流量调节阀5即可获得精准调节。
[0044] 在采用主泵旁路以及流量调节阀5调节回路流量大小时，可依据各个流量计4的读数进行有效调控，各个流量计也用于获取相应工况下所需的流量参数。
[0045] 实施例3
[0046] 在实施例2的基础上进一步改进，还包括稳压器模拟体8，所述稳压器模拟体8通过管线与分支管路I连通。稳压器模拟体8的功能是控制因模拟一回路系统温度变化而引起的压力波动，维持模拟一回路系统的压力在一定的范围内，通过波动管与反应堆模拟体1及喷射系统相连。稳压器模拟体8采用氮气稳压方式，设置波动管和氮气接管，并设置排水和排气接口，可以根据需要进行压力调节。主要设计参数为：设计压力为20MPa，设计温度为200℃，总容积为0.5m3，工作介质为去离子水和氮气。
[0047] 喷射器模拟体3与原型采用相似设计，运行特性能够与原型保持一致，由喷嘴、吸入室、混合室(喉管)和扩散管等部件组成，为保持反应堆模拟体1下降段内流场均匀，喷射器模拟体3的吸入口由原型的单吸入口变为双吸入口，喷射器模拟体3的出口由原型的单出口变为双出口。
[0048] 反应堆模拟体1包括堆芯、堆芯上部构件模拟件2、上升段、吊篮以及压力容器(下段、中段和上段)等。吊篮处于压力容器下部，堆芯吊挂在吊篮模拟件内部，在吊篮上方是上升段。反应堆模拟体1的下段筒体内部下降段腔室内沿周向设有环形分隔板，环形分隔板将下降段筒体内部腔室分隔成上下两段，上端腔室与输出管线连通，下端腔室与输入管线连通，保证流体出口与流体入口在反应堆模拟体1的下降段内不连通。反应堆模拟体1的堆芯采用电加热元件模拟燃料组件发热，电加热元件直径7mm～10mm，加热长度900mm～1200mm。
[0049] 冷却剂经反应堆模拟体1堆芯加热升温后流入上升段，从堆芯上部出口进入堆芯上部构件模拟件2，在堆芯上部构件模拟件2中冷却降温；从堆芯上部构件模拟件2流出的冷却剂沿着压力容器内壁的环形空腔向下流动，进入反应堆模拟体1下空腔上部；然后进入喷射系统升压，分为两路，一路通过回路主泵7，一路进入喷射器模拟体3吸入室，两者在喷射器模拟体3喉管汇合；从喷射器模拟体3流出后再流入反应堆模拟体1下空腔的下部，回流进入反应堆模拟体1继续加热，形成闭合的一回路流动系统。
[0050] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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