一种模拟堆芯燃料棒弯曲热工水力行为的环形实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟堆芯燃料棒弯曲热工水力行为的环形实验装置，包括套装在一起的内管和外管，内管的两端安装有内管电极，用来给内管进行加热，内管通过上下两端的密封卡套实现与外管的密封，外管的上下两端安装有外管电极，用来给外管进行加热，外管的侧壁上连接有入口管道和出口管道，工质从入口管道流入经过内管与外管之间的流道，最终从出口管道流出，外管的两端连接有连接法兰，外管上安装有若干定位格架。相比于棒束几何的复杂形式，本发明专利技术采用简单的环形通道用来模拟堆芯燃料棒弯曲的热工水力行为。不同于圆管，环形通道的几何形式可以考虑棒束效应，如间隙大小、曲率和相邻为加热表面的存在。和相邻为加热表面的存在。和相邻为加热表面的存在。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟堆芯燃料棒弯曲热工水力行为的环形实验装置


[0001]本专利技术属于核反应堆热工水力实验
，具体涉及一种模拟堆芯燃料棒弯曲热工水力行为的环形实验装置。

技术介绍

[0002]现代压水堆普遍采用了无盒、带指型控制组件的棒束型核燃料组件，组件内的燃料元件按正方形排列。核燃料组件由燃料棒、导向管、定位格架和上下管座组成。在大亚湾核电厂中，燃料组件中的燃料棒呈17
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17正方形排列。导向管与8层格架和上下管座连接，组成基本的燃料组件结构骨架，而燃料棒被支撑并夹紧在这个结构骨架内，棒的间距沿组件的全长保持不便。每个组件共有289个栅元，栅元位置中设有24根导向管和一根堆内通量测量管，其余264个栅元装有燃料棒。根据栅元的不同，将堆芯栅元分为典型栅元(均由燃料棒构成)和导向管栅元(由燃料棒与导向管或测量管构成)。反应堆在运行过程中，导向管栅元由于冷壁效应的存在因而与典型栅元的热工水力特性有显著的不同。此外，在堆芯寿期末燃料由于释放出裂变气体和辐照造成燃料棒和包壳不同程度的热膨胀和燃料肿胀，从而导致堆芯热工水力特性更为复杂。其中，对临界热流密度的影响是堆芯热工水力设计当中不可忽略的重要因素之一。
[0003]临界热流密度在核反应堆中是一个重要的安全运行保障参数，核反应堆功率被限制在临界热流密度范围内。一旦超过临界热流密度，燃料包壳与冷却剂之间的传热就会恶化，导致包壳温度急剧上升和潜在失效的可能性。临界热流密度的存在极大地挑战了核反应堆的安全性和运行极限。因此，准确预测棒束临界热流密度将有助于优化输出功率，提高反应堆运行的安全性。此外，由于冷壁效应和棒弯曲对临界热流密度的影响机制尚不明确，需进一步开展临界热流密度机理实验研究。
[0004]传统探究棒束临界热流密度研究采用5
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5棒束通道，且已被证明可以有效反映堆芯临界热流密度热性。由于棒束实验成本昂贵，且无法大规模开展不同弯曲程度的临界热流密度实验，一般仅用在工程验证方面，无法进行棒弯曲对临界热流密度影响机理方面的研究。这是不利于临界热流密度研究的进展和新型燃料组件开发的。因此，以简单通道快速模拟堆芯燃料棒弯曲热工水力行为是探究棒束临界热流密度机理的一种重要手段。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，满足实验需要，本专利技术的目的是提供一种模拟堆芯燃料棒弯曲热工水力行为的环形实验装置。该装置的几何形式为环形形式，基于水力当量直径与待研究栅元相同的设计准则。内管和外管可分别单独加热或内外同时加热用来模拟典型栅元以及探究冷壁效应机理。外管被分成四段并由卡箍连接，在三个连接处可灵活的放置不同偏心率的定位格架用来探究不同偏心程度、弯曲程度及弯曲位置对热工水力特性的影响。本专利技术克服了传统大规模棒束临界热流密度实验装置的不足，为复杂异形棒束通道内热工水力实验研究提供新的技术支持。
[0006]本专利技术采用以下技术方案来实现的：
[0007]一种模拟堆芯燃料棒弯曲热工水力行为的环形实验装置，包括套装在一起的内管和外管，内管的两端安装有内管电极，用来给内管进行加热，内管通过上下两端的密封卡套实现与外管的密封，外管的上下两端安装有外管电极，用来给外管进行加热，外管的侧壁上连接有入口管道和出口管道，工质从入口管道流入经过内管与外管之间的流道，最终从出口管道流出，外管的两端连接有连接法兰，外管上安装有若干定位格架。
[0008]本专利技术进一步的改进在于，在内管的上下两端焊有两段镍棒。
[0009]本专利技术进一步的改进在于，密封卡套中有圆形凹槽用来放置O型环，从而实现密封。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，入口管道和出口管道分别位于外管侧壁的两端。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，连接法兰分为内侧连接法兰和外侧连接法兰，外管与内侧连接法兰焊接，在内侧连接法兰和外侧连接法兰中装有绝缘垫片并用螺栓上紧，保证其密封。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，内管穿过定位格架，以实现内管和外管之间的绝缘和定位。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，在外管连接处的截面铣有一六边形凹槽，用来放置定位格架，在连接处的截面有一圆型凹槽用来放置O型环。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，定位格架采用六边形的设计，与六边形凹槽相匹配，定位格架内焊接有三个突起以实现对内管定位。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，模拟堆芯燃料棒弯曲是通过更换外管多个连接处的定位格架来实现的。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，内管外径与燃料组件中燃料棒外径相同，外管内径通过满足典型栅元水力直径与内管和外管之间的环形通道水力直径相同的原则计算得到。
[0017]和现有技术相比较，本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0018]本专利技术提供的一种模拟堆芯燃料棒弯曲热工水力行为的环形实验装置。
[0019](1)相比于棒束几何的复杂形式，本专利技术采用简单的环形通道用来模拟堆芯燃料棒弯曲的热工水力行为。不同于圆管，环形通道的几何形式可以考虑棒束效应，如间隙大小、曲率和相邻为加热表面的存在；
[0020](2)外管被分成四段并由卡箍连接，在三个连接处可灵活的放置不同偏心率的定位格架用来探究不同偏心程度、弯曲程度及弯曲位置对热工水力特性的影响。六边形定位格架的设计可以保证三个定位格架偏心方向的一致性；
[0021](3)聚醚醚酮材质的绝缘层覆盖在定位格架周围，可保证内管和外管之间的绝缘。实验装置提供多种不同形式的加热方式，如仅内管加热、仅外管加热以及内外同时加热，可用来模拟并探究不同形式的堆芯棒束栅元下燃料棒弯曲的影响。
[0022]本专利技术以低成本的环形通道实现了快速模拟棒束通道内燃料棒弯曲热工水力行为的功能，克服了传统大规模棒束临界热流密度实验装置的不足，为复杂异形棒束通道内热工水力实验研究提供新的技术支持，具有重要的工程实用价值。
附图说明
[0023]图1为本专利技术一种模拟堆芯燃料棒弯曲热工水力行为的环形实验装置的结构示意图；
[0024]图2为燃料组件中典型栅元截面图；
[0025]图3为本专利技术提供用来模拟典型栅元的环形通道截面图；
[0026]图4为外管2连接处截面图；
[0027]图5为定位格架4结构示意图。
[0028]附图标记说明：
[0029]1‑
内管，2
‑
外管，3
‑
外管电极，4
‑
定位格架，5
‑
内侧连接法兰，6
‑
外侧连接法兰，7
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密封卡套，8
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内管电极，9
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入口管道，10
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出口管道，11
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圆形凹槽，12
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六边形凹槽，13
‑
流道，14
‑
绝缘层。
具体实施方式
[0030]下面结合本专利技术实施例中的附图，对模拟堆芯燃料棒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟堆芯燃料棒弯曲热工水力行为的环形实验装置，其特征在于，包括套装在一起的内管(1)和外管(2)，内管(1)的两端安装有内管电极(8)，用来给内管(1)进行加热，内管(1)通过上下两端的密封卡套(7)实现与外管(2)的密封，外管(2)的上下两端安装有外管电极(3)，用来给外管(2)进行加热，外管(2)的侧壁上连接有入口管道(9)和出口管道(10)，工质从入口管道(9)流入经过内管(1)与外管(2)之间的流道(13)，最终从出口管道(10)流出，外管(2)的两端连接有连接法兰，外管(4)上安装有若干定位格架(4)。2.根据权利要求1所述的一种模拟堆芯燃料棒弯曲热工水力行为的环形实验装置，其特征在于，在内管(1)的上下两端焊有两段镍棒。3.根据权利要求1所述的一种模拟堆芯燃料棒弯曲热工水力行为的环形实验装置，其特征在于，密封卡套(7)中有圆形凹槽用来放置O型环，从而实现密封。4.根据权利要求1所述的一种模拟堆芯燃料棒弯曲热工水力行为的环形实验装置，其特征在于，入口管道(9)和出口管道(10)分别位于外管(2)侧壁的两端。5.根据权利要求1所述的一种模拟堆芯燃料棒弯曲热工水力行为的环形实验装置，其特征在于，连接法兰分为内侧连接法兰(5)和外侧连接法兰(6)，外管(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭俊良，孔焕俊，刘扬，桂淼，单建强，单嘉润，
申请(专利权)人：浙江青核软件科技有限公司，
类型：发明
国别省市：