一种熔融物堆内滞留压力容器外部冷却试验台架制造技术

本实用新型专利技术公开了一种熔融物堆内滞留压力容器外部冷却试验台架，试验台架包括：二维试验段、三维试验段、上升段、上水箱、流量计、下降段、阀门、下水箱、加热系统、温度检测系统、预热系统和冷却系统；二维试验段或三维试验段的顶端连接上升段的底端，上升段的顶端连接上水箱的一侧，上水箱的底端连接流量计的顶端，流量计的底端连接下降段的顶端，下降段的底端连接阀门，阀门连接下水箱的顶端一侧，下水箱的顶端另一侧连接二维试验段或三维试验段的底端。能得到不同工况下的加热段的内壁温，流道的流体温度，试验段压差，空泡份额等随时间变化参数，可改变常数参数值来研究其对实验结果的影响。

A test bench for external cooling of pressure vessel with internal retention of molten material

【技术实现步骤摘要】
一种熔融物堆内滞留压力容器外部冷却试验台架
本技术涉及核电发电实验
，特别是涉及熔融物堆内滞留压力容器外部冷却三维试验段。
技术介绍
在核电发展历程中，核安全一直是人们所关心的重点问题。目前世界范围内已经有400多个在役核电站，绝大部分按照二代核电技术建造。虽然核电厂已经采取了一系列的措施来避免严重事故的发生，但是极端条件下仍可能发生超设计基准的严重事故，如三里岛事故，切尔诺贝利事故和福岛事故。一旦严重事故发生，很有可能造成蒸汽爆炸，放射性物质大量释放等严重后果。调查表明，核电厂一旦发生事故，只要保证压力容器和安全壳的完整性，就能大量减少放射性物质的释放。自此之后，国际上逐渐形成了熔融物堆内滞留(In-VesselRetention,IVR)的压力容器外部冷却(ExternalReactorVesselCooling,ERVC)严重事故缓解策略。即冷却水流过压力容器外壁与保温层之间形成的流道，将通过压力容器下封头壁面导出的熔融物的热量带出，从而防止压力容器下封头表面发生沸腾临界，保证下封头的完整性。目前，IVR-ERVC已经成为以AP1000系列为代表的第三代先进核电技术中一项核心的严重事故缓解措施。同样，在其他先进核反应堆型中，IVR-ERVC同样具有广阔的应用前景。Kymalaiinen等针对Loviisa电厂进行了研究，并首次系统提出了IVR-ERVC严重事故缓解措施及外部冷却有效性的评价方法。试验采用的是一维全高度回路，对流道内流体的流动状况和CHF进行了研究。得出结论，ERVC能够保证IVR的实现。最具代表性的试验为美国加利福尼亚州大学开展的ULPU系列实验。旨在测量下封头表面的临界热流密度，优化保温层结构。试验采用的是全尺寸试验回路和切片结构的试验段。ULPU试验项目共包括五个阶段的试验，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ试验针对的是AP600堆型，Ⅳ、Ⅴ针对的是AP1000堆型，对保温层的结构和进出口结构等参数进行了研究试验。ULPU试验还明确给出了压力容器外部冷却CHF的分布，如图1.1所示。图1.2为ULPU典型的实验装置。另外，韩国也针对其先进堆型APR1400展开了SBLB试验，采用的是缩比方法，但是其是对三维台架的缩比。美国Sandia实验室开展了CYBL试验采用1：1比例的压力容器对外部冷却过程沸腾传热和流动过程进行了实验研究。可见，国外的研究大部分都是采用1:1比例的模型来模拟下封头，即使是取切片模型也是全尺寸模拟的。这样耗费的时间较多，工程量比较大。国内方面，上海交通大学也开展了1:1的REPEC实验，针对的是CPR1000先进大功率堆型，采用的是二维切片结构，全尺寸模拟压力容器的二维切片结构。试验台架如图1.3。还有一些利用软件计算和利用倾斜的加热壁面模仿加热壁面进行实验的项目。因此希望有一种熔融物堆内滞留压力容器外部冷却试验台架，其在研究核电厂严重事故工况中，试验段分别采用二维和三维切片实验条件下，压力容器下封头内堆芯熔融物外部IVR-ERVC冷却传热及流动特性。通过比例分析搭建缩比试验台架，获得不同工况下二维和三维切片模型的CHF分布情况，建立适用于下封头形状的CHF预测模型，将二维和三维切片的试验结果进行对比，阐明局部加热面流道三维效应以及整体自然循环流道三维效益对IVR措施有效性的影响，为IVR-ERVC试验的可靠性提供理论和试验依据。
技术实现思路
本技术公开了一种熔融物堆内滞留压力容器外部冷却试验台架，三维切片实验中，加热流道壁面表面积随着高度的增加而增加，进而造成气泡成核点在加热表面的数量、分布方式等与二维切片实验有一定区别；流道随着高度方向逐渐变宽，对流体、气泡的流动、浮升过程中的速度、混合效果等有一定的影响，进而可能影响CHF出现的位置与不同位置处CHF值的大小；同时考虑IVR外部大空间中心对称自然循环流道对整体自然循环效果的影响，综合考虑整体与局部三维效应对CHF的影响，与原有二维实验研究结果进行对比。本技术针对的是特定堆型，即AP1000堆型。能够为特定堆型的研究提供一定的理论支持。一种熔融物堆内滞留压力容器外部冷却试验台架，所述试验台架包括：二维试验段、三维试验段、上升段、上水箱、流量计、下降段、阀门、下水箱、加热系统、温度检测系统、预热系统和冷却系统；所述二维试验段顶端连接所述上升段的底端，所述上升段的顶端连接所述上水箱的一侧，所述上水箱的底端连接所述流量计的顶端，所述流量计的底端连接所述下降段的顶端，所述下降段的底端连接所述阀门，所述阀门连接所述下水箱的顶端一侧，所述下水箱的顶端另一侧连接所述二维试验段的底端；所述三维试验段顶端连接另一个所述上升段的底端，另一个所述上升段的顶端连接所述上水箱的另一侧，所述上水箱的底端连接另一个所述流量计的顶端，另一个所述流量计的底端连接另一个所述下降段的顶端，另一个所述下降段的底端连接另一个所述阀门，另一个所述阀门连接另一个所述下水箱的顶端一侧，另一个所述下水箱的顶端另一侧连接所述三维试验段的底端；所述二维试验段和三维试验段上均设置有加热系统，用于加热所述二维试验段和三维试验段；所述温度检测系统设置在上水箱出口端附近以及所述二维试验段和三维试验段的进口端和出口端附近，以检测相应位置冷却水的温度；所述预热系统和冷却系统连接所述上水箱，用于控制上水箱中的冷却水的温度；通过加热系统控制所述二维试验段和三维试验段的热流密度分布，使其大致模拟严重事故下的热流密度分布，利用温度检测系统测量在此热流密度下的温度以及冷却水的温度，得到传热系数的规律；整体升高加热功率，直至温度出现飞升，此时的热流密度即为临界热流密度；通过分析不同区域的CHF值，得到下二维试验段的下封头二维切片和三维试验段的下封头三维切片曲面加热条件下的CHF分布规律，建立可靠的CHF预测模型。优选地，所述二维试验段和三维试验段均由U型流道和数块加热铜块组成，所述二维试验段为宽度为18.5CM的弧形切片，所述三维试验段为开角为15度的球状切片；所述加热系统包括加热棒，用于加热所述二维试验段和三维试验的加热面，为试验台架提供自然循环的能量。优选地，所述二维试验段和三维试验段各包括9个加热铜块，以形成相应的加热面，每个加热铜块均匀分布有加热棒安装孔，所述加热棒安装孔可用于安装加热棒，通过调节加热棒功率来控制热流密度分布。优选地，所述上升段的顶端具有多个与所述上水箱连接的进水口，各进水口与其对应的所述二维试验段或所述三维试验段底部的垂直高度分别为3.5M、4.5M和5.5M。优选地，所述流量计为超声波流量计，其用于检测冷却水自然循环流量，所述阀门用于控制冷却水的流量。优选地，所述试验台架设置有6个温度测点，设置在所述上水箱出口端附近的2个水箱出口温度测点，设置在二维试验段的进口端的进水口温度测点，设置在二维试验段的出口端的出水口温度测点；设置在三维试验段的进口端的进水口温度测点，设置在三维试验段的出口端的出水口温度测点。优选地，所述预热器包括多个加热器，所述上水箱设置有3个预热器口，每个预本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种熔融物堆内滞留压力容器外部冷却试验台架，其特征在于所述试验台架包括：二维试验段、三维试验段、上升段、上水箱、流量计、下降段、阀门、下水箱、加热系统、温度检测系统、预热系统和冷却系统；所述二维试验段顶端连接所述上升段的底端，所述上升段的顶端连接所述上水箱的一侧，所述上水箱的底端连接所述流量计的顶端，所述流量计的底端连接所述下降段的顶端，所述下降段的底端连接所述阀门，所述阀门连接所述下水箱的顶端一侧，所述下水箱的顶端另一侧连接所述二维试验段的底端；所述三维试验段顶端连接另一个所述上升段的底端，另一个所述上升段的顶端连接所述上水箱的另一侧，所述上水箱的底端连接另一个所述流量计的顶端，另一个所述流量计的底端连接另一个所述下降段的顶端，另一个所述下降段的底端连接另一个所述阀门，另一个所述阀门连接另一个所述下水箱的顶端一侧，另一个所述下水箱的顶端另一侧连接所述三维试验段的底端；所述二维试验段和三维试验段上均设置有加热系统，用于加热所述二维试验段和三维试验段；所述温度检测系统设置在上水箱出口端附近以及所述二维试验段和三维试验段的进口端和出口端附近，以检测相应位置冷却水的温度；所述预热系统和冷却系统连接所述上水箱，用于控制上水箱中的冷却水的温度；通过加热系统控制所述二维试验段和三维试验段的热流密度分布，使其大致模拟严重事故下的热流密度分布，利用温度检测系统测量在此热流密度下的温度以及冷却水的温度，得到传热系数的规律；整体升高加热功率，直至温度出现飞升，此时的热流密度即为临界热流密度；通过分析不同区域的CHF值，得到下二维试验段的下封头二维切片和三维试验段的下封头三维切片曲面加热条件下的CHF分布规律，建立可靠的CHF预测模型。/n...

【技术特征摘要】
1.一种熔融物堆内滞留压力容器外部冷却试验台架，其特征在于所述试验台架包括：二维试验段、三维试验段、上升段、上水箱、流量计、下降段、阀门、下水箱、加热系统、温度检测系统、预热系统和冷却系统；所述二维试验段顶端连接所述上升段的底端，所述上升段的顶端连接所述上水箱的一侧，所述上水箱的底端连接所述流量计的顶端，所述流量计的底端连接所述下降段的顶端，所述下降段的底端连接所述阀门，所述阀门连接所述下水箱的顶端一侧，所述下水箱的顶端另一侧连接所述二维试验段的底端；所述三维试验段顶端连接另一个所述上升段的底端，另一个所述上升段的顶端连接所述上水箱的另一侧，所述上水箱的底端连接另一个所述流量计的顶端，另一个所述流量计的底端连接另一个所述下降段的顶端，另一个所述下降段的底端连接另一个所述阀门，另一个所述阀门连接另一个所述下水箱的顶端一侧，另一个所述下水箱的顶端另一侧连接所述三维试验段的底端；所述二维试验段和三维试验段上均设置有加热系统，用于加热所述二维试验段和三维试验段；所述温度检测系统设置在上水箱出口端附近以及所述二维试验段和三维试验段的进口端和出口端附近，以检测相应位置冷却水的温度；所述预热系统和冷却系统连接所述上水箱，用于控制上水箱中的冷却水的温度；通过加热系统控制所述二维试验段和三维试验段的热流密度分布，使其大致模拟严重事故下的热流密度分布，利用温度检测系统测量在此热流密度下的温度以及冷却水的温度，得到传热系数的规律；整体升高加热功率，直至温度出现飞升，此时的热流密度即为临界热流密度；通过分析不同区域的CHF值，得到下二维试验段的下封头二维切片和三维试验段的下封头三维切片曲面加热条件下的CHF分布规律，建立可靠的CHF预测模型。


2.根据权利要求1所述熔融物堆内滞留压力容器外部冷却试验台架，其特征在于：所述二维试验段和三维试验段均由U型流道和数块加热铜块组成，所述二维试验段为宽度为18.5CM的弧形切片，所述三维试验段为开角为15度的球状切片；所述加热系统包括加热棒，用于加热所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆道纲，王汉，张泽皓，高尚，刘少华，靳愚，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：新型
国别省市：北京;11