一种临界流稳态试验系统技术方案

本发明专利技术涉及一种临界流稳态试验系统，该系统包括依次连通的柱塞泵(1)、稳压器(2)、加热器(3)以及试验段(4)，所述加热器(3)上设有功率控制模块和数据采集模块，所述功率控制模块用于控制加热器(3)的功率大小，所述数据采集模块用于实时采集加热器(3)进口温度和流量。采用该临界流稳态试验系统，在稳定的流动情况下研究临界流动特性，能够得到大量系统的、可靠的、准确的临界流试验数据，为分析反应堆破口事故提供试验依据，为建立和评价临界流量计算模型提供必要依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于核工业
，具体涉及一种临界流稳态试验系统。
技术介绍
压水堆运行在高温高压条件下，破口失水事故(LOCA)被列为反应堆的设计基准事故。在破口处，高温高压流体经受急剧降压和汽化，流动出现壅塞现象，即临界流动现象。此时的流动特性决定着系统冷却剂的质量和能量丧失速率，进而强烈地影响着系统压力、堆芯冷却剂温度和燃料包壳温度的变化规律，从而对事故后果起重要作用。因此，临界流试验数据是核反应堆安全分析程序开发的重要基础，对反应堆设计和安全分析均起重要作用，这就需要开展临界流试验。临界流试验可分为瞬态试验和稳态试验两种。瞬态试验大致模拟反应堆发生破口时的现象，这一过程系统的压力和温度均随喷放过程快速变化，限于仪表响应等原因无法准确测量，且试验过程中试验段进口参数不受控，仅取决于初始条件；而稳态试验则通过一定的技术手段，使临界流动现象稳定以方便测量，并有效地控制试验段进口参数，从而获得准确、可靠、系统的数据。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供一种临界流稳态试验系统，在稳定的流动情况下研宄临界流动特性，从而得到大量系统的、可靠的以及准确的临界流试验数据，为分析反应堆破口事故提供试验依据，为建立和评价临界流量计算模型提供必要依据，也是核反应堆安全分析程序开发的重要基础。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是:提供一种临界流稳态试验系统，包括供水设备、与所述供水设备相连通的稳压器、与所述稳压器相连通的加热器以及与所述加热器相连通的试验段；所述加热器上设有用于调节加热器功率大小的功率控制模块；所述稳压器与加热器之间的连接管线上设有用于调节试验段入口压力的调节阀。进一步，还包括冷却装置，所述冷却装置的一端与所述试验段的出口端相连通，所述冷却装置的另一端与所述供水设备相连通。进一步，所述加热器进口端设有数据采集模块，该数据采集模块能够实时采集加热器进口的温度T03和流量R)1。进一步，该试验系统对于过冷工况下，加热器的功率应采用下列公式进行计算:P= (h(Pset，Tset)_h(Pset，T03)) XFOlP:为加热器功率；Pset:为加热器预定的压力；Tset:为加热器预定的温度；h(Pset，T03):为加热器进口的焓；h(Pset，Tset):为加热器出口的焓；R)1:为加热器进口流量。进一步，该试验系统对于饱和工况下，加热器的功率应采用下列公式进行计算:P= (h(Pset, Xset)-h (Pset, T03)) XFOlP:为加热器功率；Pset:为加热器预定的压力；Xset:为加热器预定的含汽率；h(Pset，T03):为加热器进口的焓；h (Pset, Tset):为加热器出口的焓；R)1:为加热器进口流量。进一步，所述稳压器和加热器之间的连接管线上设有流量计，当系统达到稳定后，该流量计用于测量加热器前的冷态补水流量。进一步，所述冷却装置包括冷凝器和热交换器，所述冷凝器和热交换器相连通。进一步，所述冷却装置上设有冷却水循环系统。进一步，所述供水设备包括柱塞泵和与所述柱塞泵相连通的水箱。进一步，所述柱塞泵的出口管线与水箱之间设有旁通管线，该旁通管线用于将主路多余的补水量流回水箱。本专利技术的有益技术效果在于:本专利技术提供的试验系统，通过在加热器上设有功率控制模块，可根据不同的工况调整功率的大小，可以控制试验段进口的温度；通过在加热器与稳压器之间设有调节阀以及旁通管线上设有调节阀，可以调节试验段入口的压力；由此，本专利技术通过设有功率控制模块和调节阀，确保试验段前的温度和压力稳定，实现临界流的稳态试验；从而获得可靠的、准确的试验数据，为分析反应堆破口事故提供了可靠的试验依据，同时为核反应堆安全分析程序的开发提供了大量的、可靠的数据。【附图说明】图1是本专利技术临界流稳态试验系统的结构示意图；图2为试验中的温度变化曲线；图3为试验中的压力变化曲线；图4为计算得到的所需加热功率随试验段进口温度变化曲线；图5为功率自动控制情况下的温度稳定曲线；图6功率自动控制程序框图；图7 13MPa时功率自动控制下温度稳定曲线；图8 16MPa时功率自动控制下温度稳定曲线。图中:1-柱塞泵2-稳压器3-加热器 4-试验段5-冷凝器6-热交换器7-水箱8-流量计9-气压瓶10-调节阀11-隔离阀 12-安全阀【具体实施方式】下面结合附图，对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细的描述。本试验是模拟反应堆发生破口时的现象，设置的一套模拟试验系统，该系统若装水量一定，则随着高温高压流体的喷放，系统的压力必然下降，因此，要想使试验段前的压力稳定，必须在试验过程中持续补水，并确保补水量等于喷放量；由于新补入系统的水温度很低，为保证试验段前温度稳定，还需使新补入系统的水通过加热器加热，并确保加热至预定温度或预定含汽率，才能够实现稳态试验。基于此原理，本专利技术提供了一套临界流稳态试验系统。如图1所示，该系统包括依次连通的柱塞泵1、稳压器2、加热器3、试验段4、冷凝器5以及热交换器6。其中，柱塞泵I通过供水箱7提供水源，稳压器2通过气压瓶9补充压力，热交换器6的出水端与水箱7连接。另外，柱塞泵I的出口和加热器3上均设有安全阀12，保证系统的安全。由此，整个系统形成一个回路系统。为了能够保证试验段入口的温度，加热器3上设有功率控制模块；为了保证试验段4入口压力，在稳压器2与加热器3之间的连接管线上设有调节阀10 ;为了能够测量加热器3前的冷态补水流量，在稳压器2与加热器3之间的连接管线上还设有流量计8。为了能够实时监测到加热器进口的温度和流量，在加热器进口设有数据采集模块。本试验采用去离子水，该去离子水由柱塞泵I送出，经稳压器2稳流后，通过加热器3，然后流过试验段4，喷放流体，该流体经冷凝器5及热交换器6分别通过冷却水循环系统冷却至接近常温后回到供水泵I入口。所述冷却水循环系统的供水管线和排水管线上均设有隔呙阀11。回路依靠柱塞泵I驱动，可使水从常压升高到试验压力；柱塞泵I具有流量恒定的特性，而主回路所需要的补水量应等于试验段4喷放流量，二者之差可通过旁通阀流回水箱；稳压器2可补偿回路压力变化，减小系统压力的变化速度和波动幅度，同时还起到平稳流量的作用，使柱塞泵I的脉动流量转变为均匀稳定的流量；加热器3功率通过设有功率控制模块，可在很大的范围内连续可调，以确保可以将稳压器2流出的常温水加热至试验温度(或含汽率)；试验段4用于模拟反应堆破口 ；冷凝器5和热交换器6则将喷放后的汽水混合物通过循环水系统冷却，可循环使用。当系统达到稳定状态后，通过流量计8测量加热器3前的冷态补水流量，即可得到该工况下的临界流量。由此，本试验的关键技术在于如何实现稳态，即如何将系统调节至稳定。根据试验原理，达到稳态必须确保补水量等于喷放量，且补入系统的水经过加热器3后恰好加热至预定温度(或含汽率)；但由于事先不知道喷放流量，也就无法知道所需的加热功率，只能通过观察温度变化情况实时调整。实践证明:当试验段4进口温度较低时，实时调整加热功率是可行的；但当试验段4进口温度较高时，实时调整加热功率的方式很难达到稳定，经常发生温度和压力失控陡升或陡降的现象。如图2、3所示，为试验过程中2000s长的一段时间内温度和压力的变化情况，本拟稳定在l本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种临界流稳态试验系统，其特征是：包括供水设备、与所述供水设备相连通的稳压器(2)、与所述稳压器(2)相连通的加热器(3)以及与所述加热器(3)相连通的试验段(4)；所述加热器(3)上设有用于调节加热器功率大小的功率控制模块；所述稳压器(2)与加热器(3)之间的连接管线上设有用于调节试验段(4)入口压力的调节阀(10)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵民富，傅孝良，毕可明，何斯琪，陈玉宙，吕玉凤，张东旭，李伟卿，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，国核北京科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11