一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器制造技术

本发明专利技术提出了一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器，包括泄压蒸汽管道、鼓泡器主管道、分流器、鼓泡器主管道导流孔和分流器导流孔；其中，泄压蒸汽管道与鼓泡器主管道相连，分流器与鼓泡器主管道末端相连，鼓泡器主管道的侧壁上开设多列平行的导流孔，分流器为圆柱状中空结构，分流器的上端面沿周向开设有多列分流器导流孔。从分流器出来的蒸汽喷射流大大增强了过冷水的湍流强度，从而将主管道侧向出来的蒸汽喷射流平均凝结换热系数显著提高，有利于蒸汽的快速冷凝释放热量。同时，不同方向的蒸汽喷射流混合搅动能够有效减轻抑压池内热分层现象，从而削减热应力不均匀对抑压池的潜在危害，提高核反应堆安全可靠性。提高核反应堆安全可靠性。提高核反应堆安全可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器


[0001]本专利技术属于核能安全领域，具体地涉及一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器。

技术介绍

[0002]抑压池是现代核反应堆事故安全系统中的重要设备，当压水堆负荷降低导致一回路压力升高时，稳压器上部的蒸汽会通过泄压阀进入鼓泡器，然后以射流的形式排入抑压池中冷凝，降低稳压器压力，从而维持一回路压力的稳定。此外，当沸水堆发生失水事故时，抑压池对堆芯产生的大量蒸汽施紧急冷却同样有着至关重要的作用。可见，无论对于压水堆还是沸水堆，抑压池的基本功能都是将蒸汽管路出来的蒸汽冷凝，能否快速将大量蒸汽冷却成为抑压池的首要任务。蒸汽在抑压池与过冷水发生的换热过程称为直接接触凝结，换热系数虽然可达MW/m2K量级，但是在紧急事故下，大量蒸汽涌入抑压池水体中，要消纳大量蒸汽就不得不增加抑压池的容积，这会增加建设和运维成本。公开研究表明蒸汽与过冷水直接接触凝结的热阻在水侧，通过泵提高过冷水的流速可将直接接触凝结换热系数提升至10MW/m2K量级，显著提高蒸汽凝结速率，但在抑压池内却难以通过泵来实现冷水加速。此外，在鼓泡器附近，靠近射流核心区水体吸收蒸汽潜热后温度迅速升高，由于热水密度小而冷水密度大，热水上浮于表面而冷水逐渐下沉到底层，抑压池水体沿垂直方向出现明显的热分层现象，公开研究表明靠近射流核心区与远离核心区的温差能够高达50℃以上，热分层引起的热应力不均匀对抑压池的结构安全存在严重威胁。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术的目的是提出了一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器，利用竖直方向喷孔射流对冷水的加速效应实现强化水平方向的射流凝结换热过程，提高蒸汽的凝结速率，实现抑压池对蒸汽热量的快速消纳和管路快速调压；另一方面利用不同方向的交错式射流能够在抑压池形成大尺度纵向涡流，解决抑压池的热分层问题。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0005]一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器，包括泄压蒸汽管道、鼓泡器主管道、分流器、鼓泡器主管道导流孔和分流器导流孔；其中，泄压蒸汽管道与鼓泡器主管道相连，分流器与鼓泡器主管道末端相连，鼓泡器主管道的侧壁上开设多列平行的导流孔，分流器为圆柱状中空结构，分流器的上端面沿周向开设有多列分流器导流孔。
[0006]本专利技术进一步的改进在于，导流孔的直径D通过下式计算：
[0007][0008]式中，m
s
为单孔蒸汽流量，κ为绝热指数，p
s
为蒸汽压力，ρ
s
为蒸汽密度。
[0009]本专利技术进一步的改进在于，导流孔的数量N由下式计算：
[0010][0011]式中，M
s
为鼓泡器主管道蒸汽流量，m
s
为单孔流量。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，分流器导流孔的列数与鼓泡器主管道导流孔的列数相同。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，鼓泡器主管道导流孔沿鼓泡器主管道周向设置若干圈，沿鼓泡器主管道高度设置若干行，分流器导流孔沿分流器周向设置若干圈，沿分流器径向设置若干行。同一周向角度处，沿分流器径向设置的分流器导流孔的中心点连线与沿鼓泡器主管道高度设置的鼓泡器主管道导流孔的中心点连线相交。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，鼓泡器主管道导流孔的轴线与鼓泡器主管道夹角α<90
°
，分流器导流孔轴线与分流器上端面的夹角β<90
°
。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，鼓泡器主管道导流孔为等截面直通孔，鼓泡器主管道导流孔出口最大流速为音速，分流器导流孔为缩放截面通孔，分流器导流孔出口最大流速为超音速。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，在分流器上端面半径小于<10D的范围内开设分流器导流孔，D为导流孔的直径。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，分流器导流孔的数量其中D为鼓泡器主管道导流孔的直径，DF为分流器导流孔的出入口直径，d为相邻分流器导流孔的中心间距，α为鼓泡器主管道导流孔的轴线与鼓泡器主管道的夹角，β为分流器导流孔轴线与分流器上端面夹角。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术提出了一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器，通在鼓泡器主管道的侧壁上开设多列平行的导流孔，分流器的上端面沿周向开设有多列分流器导流孔，使得蒸汽从鼓泡器出来后能够在抑压池中形成水平和竖直方向的交错射流。利用竖直方向蒸汽射流凝结将过冷水流速提升至数十米每秒，提高水平方向蒸汽射流凝结的水侧湍流强度，从而显著提高水平方向蒸汽射流凝结过程的平均换热系数，有利于提高鼓泡器蒸汽冷凝速率，降低抑压池的设计体积和建造成本；本专利技术通过两个方向的蒸汽交错射流，在抑压池内形成大尺度的纵向漩涡，在垂直方向形成剧烈搅动，克服传统单相射流鼓泡器搅动不充分的缺陷，有效消除抑压池内热分层的现象，降低抑压池壁面热应力不均匀，提高核反应堆的安全可靠性。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器主视图。
[0021]图2为本专利技术的一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器俯视图。
[0022]图3为本专利技术的一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器导流孔的设置角度。
[0023]图4为本专利技术的一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器导流孔形状。
[0024]图5为本专利技术的一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器工作原理。
[0025]图6为利用三维数值仿真得到的音速蒸汽射流与过冷水直接接触凝结过程的液相
速度分布云图。
[0026]图7为公开技术文件中实验研究测量得到的高速蒸汽射流与过冷水直接接触凝结径向速度分布图。
[0027]其中：1为泄压蒸汽管道；2为鼓泡器主管道；3为分流器；4为鼓泡器主管道导流孔；5为分流器导流孔，6为抑压池。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0029]参见图1，本专利技术提出的一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器，置于核反应堆抑压池6中，由泄压蒸汽管道1，鼓泡器主管道2，分流器3，鼓泡器主管道导流孔4和分流器导流孔5组成。泄压蒸汽管道1与鼓泡器主管道2相连，分流器3与鼓泡器主管道2末端相连，鼓泡器主管道2的侧面开设多列平行导流孔4，导流孔4的直径D由下式测算得到：
[0030][0031]式中，m
s
为单孔蒸汽流量，κ为绝热指数，p
s
为蒸汽压力，ρ
s
为蒸汽密度。
[0032]泄压蒸汽管道1水平设置，鼓泡器主管道2竖直设置。导流孔4的数量N可由鼓泡器主管道蒸汽流量M
s
与单孔流量m
s
计算得到，即N＝M
s
/m
s
，分流器3为圆柱状中空结构，在与鼓泡器主管道2连接的上端面沿周向开设多列分流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器，其特征在于，包括泄压蒸汽管道(1)、鼓泡器主管道(2)、分流器(3)、鼓泡器主管道导流孔(4)和分流器导流孔(5)；其中，泄压蒸汽管道(1)与鼓泡器主管道(2)相连，分流器(3)与鼓泡器主管道(2)末端相连，鼓泡器主管道(2)的侧壁上开设多列平行的鼓泡器主管道导流孔(4)，分流器(3)为圆柱状中空结构，分流器(3)的上端面沿周向开设有多列分流器导流孔(5)。2.根据权利要求1所述的一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器，其特征在于，鼓泡器主管道导流孔(4)的直径D通过下式计算：式中，m
s
为单孔蒸汽流量，κ为绝热指数，p
s
为蒸汽压力，ρ
s
为蒸汽密度。3.根据权利要求1所述的一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器，其特征在于，鼓泡器主管道导流孔(4)的数量N通过下式计算：式中，M
s
为鼓泡器主管道蒸汽流量，m
s
为单孔流量。4.根据权利要求1所述的一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器，其特征在于，分流器导流孔(5)的列数与鼓泡器主管道导流孔(4)的列数相同。5.根据权利要求1或4所述的一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器，其特征在于，鼓泡器主管道导流孔(4)沿鼓泡器主管道(2)周向设置若干圈，沿鼓泡器主管道(2)高度设置若干行，分流器导流孔(5)沿分流器(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨小平，陈娜娜，周尧，刘继平，魏进家，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：