一种钠冷快堆碎片床形成特性的实验系统技术方案

本发明专利技术提供一种钠冷快堆碎片床形成特性实验系统，包括实验支架、颗粒容器、颗粒导管、可视化实验容器、颗粒释放控制器、可视化数据采集模块、环境参数检测模块和衰变热模拟发生器，颗粒容器和颗粒导管支持多种释放口径和释放高度，实验颗粒体系包括多种不同材质、形状和尺寸的碎片颗粒，可视化实验容器针对二维和三维实验设计了各种不同的尺寸，颗粒释放控制器及可视化数据采集模块，能够在实验过程中同步进行全程图像采集和存储。本发明专利技术可用于研究和分析钠冷快堆堆芯解体事故过程中燃料粒子碎片床的形成机理，本发明专利技术具有实验过程可视化、定性与定量分析相结合、可控实验变量多、操作原理简单、易于扩展和稳定安全等诸多优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及先进核能系统钠冷快堆领域，特别是涉及一种钠冷快堆碎片床形成特性的实验系统。
技术介绍
相对于第二、三代反应堆，第四代核能系统是一种具有更好的安全性、经济竞争力、核废物量少以及可有效防止核扩散的先进核能系统。钠冷快堆因其具有良好的增殖特性以及最为丰富的建造和运行经验，已成为国际上第四代核能系统中的“一号种子手”，代表着先进核能系统的发展趋势和技术前沿。然而历史上的切尔诺贝利、三里岛以及福岛核事故反复告诫我们，虽然核反应堆发生严重事故的概率极低，但是一旦发生便可能是一场致命的、后果十分严重的大灾难。因此，对钠冷快堆发生堆芯解体严重事故的机理进行研究无疑对于保障该堆形的长期健康发展具有至关重要的意义。国际上既往研究认为，当钠冷快堆发生堆芯解体事故时，随着事故的不断发展，熔融燃料将可能从堆芯区域释放出来，在冷却剂液钠的作用下，熔融燃料将被冷却和凝固成燃料颗粒或碎片，并最终在反应堆压力容器底部沉降和堆积成燃料粒子碎片床。我们知道，影响碎片床冷却能力的因素很多，包括功率密度、碎片床高度、孔隙度以及粒子大小、形状和粒子量等诸多因素。因此，对碎片床的堆积行为进行研究对于了解碎片床的初始物理特性，进而设法改善碎片床的冷却能力以及改进反应堆压力容器内相关安全设施的设计都具有重要的意义。REF01：专利技术专利《颗粒床测量装置》（CN201410370526.9）公开了一种颗粒床测量装置。该装置具体包括高速摄像机、释放机构、支架、颗粒床、空心钢球以及小铁球。该装置能够记录并测量空心钢球下落撞击平整的颗粒床所形成的拱起的性质。REF02：技术专利《堆芯熔化物收集装置》（CN200820132803.2）公开了一种钠冷快堆堆芯熔化物收集装置，包括托盘、中央通道、通道顶盖、支承架。该装置减轻了主容器底部压力、有利于冷却剂循环冷却，并且能有效避免二次临界。但是上述各技术方案均存在不足之处，描述如下：1.REF01中描述的专利技术，不关注颗粒整体下落过程中颗粒床形状的形成规律，也无液相的存在，与钠冷快堆发生堆芯严重事故条件下碎片床的形成场景存在显著差异。2.REF02中描述的专利技术，虽然提供了一种钠冷快堆堆芯熔化物收集装置的机械设计，但是对于燃料粒子碎片床的堆积行为等关键物理现象并不涉及，因此其设计性能的好坏尚需进一步实验检验。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钠冷快堆碎片床形成特性的实验系统。本专利技术为达到上述目的，采用的技术方案是：一种钠冷快堆碎片床形成特性实验系统，包括实验支架、颗粒容器、颗粒导管、可视化实验容器、颗粒释放控制器、所述颗粒容器置于实验支架顶端，所述颗粒释放控制器与所述颗粒容器相配设置，用于控制由颗粒容器中通过颗粒导管进入到可视化实验容器中的颗粒数量，所述颗粒容器、颗粒导管、可视化实验容器、颗粒释放控制器均设置在所述实验支架上。优选地，所述颗粒释放控制器包括颗粒释放控制杆及滑轮支架，所述颗粒释放控制杆位于所述颗粒容器的颗粒出口处，尾端连接到滑轮支架上，所述滑轮支架设置在实验支架。优选地，还包括可视化数据采集模块，用于采集所述实验数据。优选地，还包括同步控制器，所述同步控制器分别连接颗粒释放控制杆和可视化数据采集模块，用于在控制颗粒释放控制杆时同步控制可视化数据采集模块进行工作。优选地，所述实验支架为不锈钢结构，用于支撑顶部的颗粒容器和颗粒释放控制器，两侧设计有可攀爬梯结构，支架为可拆卸设计。优选地，所述的颗粒容器，中上部为圆柱形腔体，下部为圆锥形腔体并设有接口，用于连接颗粒导管，所述颗粒容器上设置有弓形手柄。优选地，所述可视化实验容器，由透明材料制成，容器形状为长方体、正方体和圆柱体中的一种。优选地，所述可视化容器底部为可调升降台，用于调节容器底部与颗粒导管末端的距离，所述容器底部还设计有排泄阀，用于颗粒和容器内部液体的排放。优选地，还包括衰变热模拟发生器，所述衰变热模拟发生器由气体释放器、气管、流量流速控制器和气瓶组成，所述气体释放器位于所述可视化实验容器的底部，通过气管和流量流速控制器相连，通过气管连接到气瓶，流量流速控制器可以安装到支架上，可以连接到计算机，也可以独立工作，用于控制注入可视化实验容器的气体流速和流量。优选地，还包括环境参数检测模块，用于实验过程中自动记录实验过程中的时间与环境参数，并自动保存在存储器中，可以由计算机读取并进行分析。与已有技术相比，本专利技术的优点在于：1.适用研究范围更广，不仅可以用于研究二维和三维条件下碎片颗粒的沉降特性和碎片床形成机理，同时，还能够在颗粒沉降过程中充分考虑衰变热的作用，使研究结果更为全面，能更真实地再现钠冷快堆严重事故过程中碎片床的形成过程。2.研究参数更为全面，本专利技术所述颗粒体系包括多种材料、密度、形状和尺寸，能够覆盖钠冷快堆堆芯解体严重事故过程中形成的颗粒碎片的绝大部分尺寸范围。3.具有较高的自动化程度，本专利技术提供手动和自动颗粒释放机制，同时能够触发数据采集模块进行同步采集，还能够自动记录环境参数。4.可扩展性强，本专利技术可以方便地进行二维和三维实验，而且衰变热模块可以根据需要灵活加入或者去除，安全稳定。附图说明图1为本专利技术的实验系统主体结构示意图；图2为本专利技术主体与外部摄像系统协同工作的示意图；图3为碎片床堆积底角的定义示意图；图4为使用本专利技术测得的某种颗粒形成的碎片床底角与颗粒尺寸的关系特性曲线实验结果。附图标记说明：1-实验支架；2-颗粒容器；3-颗粒释放控制杆；4-滑轮支架4；5-颗粒导管；6-可视化实验容器；7-升降台；8-同步控制器；9-环境参数检测模块；10-气体释放器；11-流量流速控制器；12-气瓶；13-高速摄像机；14-背光灯；具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用于解释专利技术，并不用于限定专利技术。本申请提供一种钠冷快堆碎片床形成特性实验系统。一种钠冷快堆碎片床形成特性的实验系统，包括实验支架1、颗粒容器2、颗粒导管5、实验颗粒体系、可视化实验容器6、颗粒释放控制器、可视化数据采集模块、环境参数检测模块9和环衰变热模拟发生器。所述实验支架1为不锈钢结构，用于支撑顶部的颗粒容器2和颗粒释放结构，两侧设计为可攀爬梯结构，方便操作人员装载颗粒时使用，支架为可拆卸设计，可以根据需要调节高度；所述颗粒容器2，中上部为圆柱形腔体，下部为圆锥形腔体，用于放置各种尺寸、密度、形状的固体颗粒，颗粒容器2上设置有弓形手柄，用于移动或更换该容器，颗粒容器2底部设有接口，用于连接颗粒导管5；所述颗粒导管5上端设计有统一大小接口，与所述颗粒容器2相连，下端根据实验要求设计有多种长度和直径，用于控制颗粒释放的口径和高度；所述颗粒体系包括并不限于铅、不锈钢、铜、铝、银、金、铁、玻璃、氧化锆、氧化铝等等材料，尺寸小于2cm的各种圆球、柱形及不规则形状，能够覆盖钠冷快堆堆芯解体严重事故过程中形成的颗粒碎片的绝大部分尺寸；所述可视化实验容器6，由透明材料制成，透明材料包括并不限于钢化玻璃、有机玻璃等，容器形状为长方体、正方体和圆柱体，其中长方体用于二维（2D）碎片床形成实验，正方体和圆柱体用于三维（3D）碎片床形成实验。容器允许多种尺寸规格，最大长度为1米，最大宽度0.6米，最大高度1.5米。可视本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钠冷快堆碎片床形成特性实验系统，其特征在于，包括实验支架、颗粒容器、颗粒导管、可视化实验容器、颗粒释放控制器、所述颗粒容器置于实验支架顶端，所述颗粒释放控制器与所述颗粒容器相配设置，用于控制由颗粒容器中通过颗粒导管进入到可是化实验容器中的颗粒数量，所述颗粒容器、颗粒导管、可视化实验容器、颗粒释放控制器均设置在所述实验支架上。

【技术特征摘要】
1.一种钠冷快堆碎片床形成特性实验系统，其特征在于，包括实验支架、颗粒容器、颗粒导管、可视化实验容器、颗粒释放控制器、所述颗粒容器置于实验支架顶端，所述颗粒释放控制器与所述颗粒容器相配设置，用于控制由颗粒容器中通过颗粒导管进入到可是化实验容器中的颗粒数量，所述颗粒容器、颗粒导管、可视化实验容器、颗粒释放控制器均设置在所述实验支架上。2.根据权利要求1所述的钠冷快堆碎片床形成特性实验系统，其特征在于，所述颗粒释放控制器包括颗粒释放控制杆及滑轮支架，所述颗粒释放控制杆位于所述颗粒容器的颗粒出口处，尾端连接到滑轮支架上，所述滑轮支架设置在实验支架。3.根据权利要求2所述的钠冷快堆碎片床形成特性实验系统，其特征在于，还包括可视化数据采集模块，用于采集所述实验数据。4.根据权利要求3所述的钠冷快堆碎片床形成特性实验系统，其特征在于，还包括同步控制器，所述同步控制器分别连接颗粒释放控制杆和可视化数据采集模块，用于在控制颗粒释放控制杆时同步控制可视化数据采集模块进行工作。5.根据权利要求4所述的钠冷快堆碎片床形成特性实验系统，其特征在于，所述实验支架为不锈钢结构，用于支撑顶部的颗粒容器和颗粒释放控制器，两侧设计有可攀爬梯结构，支架为可拆卸设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：成松柏，林少鹏，潘梓毅，王世贤，蒋光煜，林瀚韬，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44