【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性研究，具体涉及核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置及方法。
技术介绍
1、核反应堆发生堆芯熔化事故后，随着大范围堆芯材料的熔化，堆芯部分区域将形成局部熔池，当底部的凝固壳无法支撑上方熔融物重量时，凝固壳失效，熔池向下迁移，以连续相的形式在棒束通道内流动。熔融物迁移过程对堆芯熔化事故进程影响很大，目前针对熔融物迁移过程开展的实验均为一体化整体过程实验，实验过程中考虑了多种因素(包括蒸汽冷却、包壳氧化、熔融物氧化等)，不利于模型开发过程中单个影响因素分析，无法准确获得棒束通道内连续相壁面摩擦阻力关系式与气体摩擦阻力关系式。因此，必须重点开展单一效应实验，研究核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性。
技术实现思路
1、为克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置及方法，为核反应堆棒束通道内连续相流动阻力单一效应机理研究提供实验装置和方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置，包括气体供应系统1、承载台2、实验段筒体3、棒束通道4、上部顶盖5、坩埚6、密封塞7和高速摄像仪8；气体供应系统1通过空气压缩机将空气压缩至钢制气瓶内，钢制气瓶通过阀门101及相应管道与实验段筒体气体入口卡套31相连，管道上安装有流量计201及压力表301以监测气体流量与压力；承载台2由不锈钢底座21、不锈钢压盖22及
4、所述实验段筒体3为方形套筒33，上部顶盖5为方形，与方形套筒33顶部凸台相配合。
5、所述的方形套筒33采用亚克力玻璃作为加工材料，便于通过高速摄像仪8观测内部棒束通道模化工质流动情况。
6、所述的棒束通道4模拟棒采用zr-4合金材料作为加工材料，以模拟核反应堆包壳表面性质。
7、所述的模化工质制备系统9主要包括甘油、超纯水机、烧杯、高精度电子天平和胶头滴管。通过超纯水机制备去离子水，通过烧杯、高精度电子天平和胶头滴管配制不同质量分数的甘油水溶液，通过不同质量分数的甘油水溶液模拟不同粘度的液体。
8、所述的不锈钢压盖22底部外围开有四个通孔，通过四个螺栓与不锈钢底座21连接；不锈钢压盖22中间开有四个通孔，棒束通道4的模拟棒束从此通孔贯穿；不锈钢压盖22顶部有一凸台，用于压紧不锈钢底座21凹槽内的密封环23，以实现对棒束通道4的轴向密封固定。
9、所述的上部顶盖5四角开有四个异形通孔与大气相连，以防止气体流道内压力过大导致坩埚6内模化工质无法通过圆形通孔释放到棒束通道4内。
10、所述的坩埚6底部为两级凸台，一级凸台搭在上部顶盖5上，二级凸台通过上部顶盖5圆形通孔插入实验段筒体3气体流道内，二级凸台底部挖有四个凹槽，用于固定棒束通道4模拟棒顶部；坩埚6底部开有一圆形通孔，将模化工质释放到棒束通道4内。
11、所述的核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置的实验方法，所述实验方法通过以下步骤实现：
12、实验开始前，所有阀门保持关闭；采用酒精清洗并晾干棒束通道4模拟棒束表面；将密封塞7塞紧坩埚6底部通孔，通过模化工质制备系统9的烧杯、高精度电子天平和胶头滴管配制不同质量分数的甘油水溶液后，并将预设体积的甘油水溶液倒入坩埚6内；调节高速摄像仪8焦距、高度与距离，并将其调节水平；
13、开展核反应堆棒束通道内连续相壁面摩擦阻力研究时，开启高速摄像仪8；竖直拔起密封塞7，当坩埚6内模化工质全部流入棒束通道4底部时停止实验，关闭高速摄像仪8，通过拍摄的流动过程研究核反应堆棒束通道内连续相壁面摩擦阻力特性；
14、开展核反应堆棒束通道内连续相气体摩擦阻力研究时，打开气体供应系统1的阀门101，通过流量计201及压力表301监测气体流量与压力，调节阀门101到预设气体流量与压力；开启高速摄像仪8；竖直拔起密封塞7，当坩埚6内模化工质全部流入棒束通道4底部时停止实验，关闭高速摄像仪8，通过拍摄的流动过程研究核反应堆棒束通道内连续相气体摩擦阻力特性。
15、和现有技术相比较，本专利技术具备如下优点：
16、1、本专利技术的实验装置，安装拆卸简单，实验可操作性高，采用核反应堆2×2棒束布置，能够有效模拟连续相熔融物在棒束通道内的流动过程；
17、2、本专利技术的实验装置，采用常温替代材料甘油水溶液作为模化工质来研究核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性，材料获取方便，可节约成本，实验温度低，实验可操作性高，可排除换热、氧化等其他因素对核反应堆棒束通道内连续相流动迁移过程的影响；
18、3、本专利技术的实验装置，实验参数条件宽泛，气体流量范围为0-20m3/h，模化工质的粘度范围为0.1-1pa·s，可以获得不同气体流速条件和不同液体雷诺数下核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性；
19、4、本专利技术的实验装置，采取了可视化套筒加高速摄像仪记录实验全过程的方案，能够实时记录实验过程中核反应堆棒束通道内连续相流动形态及位置变化等数据。
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1.核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置，其特征在于：包括气体供应系统(1)、承载台(2)、实验段筒体(3)、棒束通道(4)、上部顶盖(5)、坩埚(6)、密封塞(7)和高速摄像仪(8)；气体供应系统(1)通过空气压缩机将空气压缩至钢制气瓶内，钢制气瓶通过阀门(101)及相应管道与实验段筒体气体入口卡套(31)相连，管道上安装有流量计(201)及压力表(301)以监测气体流量与压力；承载台(2)由不锈钢底座(21)、不锈钢压盖(22)及密封环(23)构成，不锈钢底座(21)为实验段筒体(3)提供支撑固定，不锈钢压盖(22)通过压紧密封环(23)实现对棒束通道(4)的轴向密封固定；实验段筒体(3)安装在不锈钢底座(21)顶部凹槽内，包围形成的空间构成了气体流道，实验段筒体(3)底部开有一个圆形通孔与进气管(32)连接，进气管(32)通过气体入口卡套(31)与气体供应系统(1)连接；棒束通道(4)采用2×2棒束结构布置，以模拟核反应堆棒束分布，每根模拟棒顶部与坩埚(6)底部相连，底部贯穿不锈钢底座(21)，通过不锈钢压盖(22)与密封环(23)固定密封；上部顶盖(5)与实验段筒
2.根据权利要求1所述的核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置，其特征在于：所述实验段筒体(3)为方形套筒(33)，上部顶盖(5)为方形，与方形套筒(33)顶部凸台相配合。
3.根据权利要求2所述的核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置，其特征在于：所述的方形套筒(33)采用亚克力玻璃作为加工材料，便于通过高速摄像仪(8)观测内部棒束通道模化工质流动情况。
4.根据权利要求1所述的核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置，其特征在于：所述的棒束通道(4)模拟棒采用Zr-4合金材料作为加工材料，以模拟核反应堆包壳表面性质。
5.根据权利要求1所述的核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置，其特征在于：所述的模化工质制备系统(9)包括甘油、超纯水机、烧杯、高精度电子天平和胶头滴管；通过超纯水机制备去离子水，通过烧杯、高精度电子天平和胶头滴管配制不同质量分数的甘油水溶液，通过不同质量分数的甘油水溶液模拟不同粘度的液体作为模化工质，模化工质的粘度范围为0.1-1Pa·s。
6.根据权利要求1所述的核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置，其特征在于：所述的不锈钢压盖(22)底部外围开有四个通孔，通过四个螺栓与不锈钢底座(21)连接；不锈钢压盖(22)中间开有四个通孔，棒束通道(4)的模拟棒束从此通孔贯穿；不锈钢压盖(22)顶部有一凸台，用于压紧不锈钢底座(21)凹槽内的密封环(23)，以实现对棒束通道(4)的轴向密封固定。
7.根据权利要求1所述的核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置，其特征在于：所述的上部顶盖(5)四角开有四个异形通孔与大气相连，以防止气体流道内压力过大导致坩埚(6)内模化工质无法通过圆形通孔释放到棒束通道(4)内。
8.根据权利要求1所述的核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置，其特征在于：所述的坩埚(6)底部为两级凸台，一级凸台搭在上部顶盖(5)上，二级凸台通过上部顶盖(5)圆形通孔插入实验段筒体(3)气体流道内，二级凸台底部挖有四个凹槽，用于固定棒束通道(4)模拟棒顶部。
9.权利要求1至8任一项所述的核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置的实验方法，其特征在于：所述实验方法通过以下步骤实现：
...【技术特征摘要】
1.核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置，其特征在于：包括气体供应系统(1)、承载台(2)、实验段筒体(3)、棒束通道(4)、上部顶盖(5)、坩埚(6)、密封塞(7)和高速摄像仪(8)；气体供应系统(1)通过空气压缩机将空气压缩至钢制气瓶内，钢制气瓶通过阀门(101)及相应管道与实验段筒体气体入口卡套(31)相连，管道上安装有流量计(201)及压力表(301)以监测气体流量与压力；承载台(2)由不锈钢底座(21)、不锈钢压盖(22)及密封环(23)构成，不锈钢底座(21)为实验段筒体(3)提供支撑固定，不锈钢压盖(22)通过压紧密封环(23)实现对棒束通道(4)的轴向密封固定；实验段筒体(3)安装在不锈钢底座(21)顶部凹槽内，包围形成的空间构成了气体流道，实验段筒体(3)底部开有一个圆形通孔与进气管(32)连接，进气管(32)通过气体入口卡套(31)与气体供应系统(1)连接；棒束通道(4)采用2×2棒束结构布置，以模拟核反应堆棒束分布，每根模拟棒顶部与坩埚(6)底部相连，底部贯穿不锈钢底座(21)，通过不锈钢压盖(22)与密封环(23)固定密封；上部顶盖(5)与实验段筒体(3)顶部凸台相配合，并通过橡胶环密封；坩埚(6)上部为环状容器，模化工质置于坩埚(6)内；坩埚(6)底部开有一圆形通孔，将模化工质释放到棒束通道(4)内；坩埚(6)圆形通孔上塞有一密封塞(7)，以控制模化工质装载与释放；高速摄像仪(8)采用三脚架支撑固定，水平拍摄棒束通道(4)内模化工质流动情况；该实验系统还包括配套的模化工质制备系统(9)。
2.根据权利要求1所述的核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置，其特征在于：所述实验段筒体(3)为方形套筒(33)，上部顶盖(5)为方形，与方形套筒(33)顶部凸台相配合。
3.根据权利要求2所述的核反应堆棒束通道内连续相流动阻力特性实验装置，其特征在于：所述的方形套筒(33)采用亚克力...
【专利技术属性】
技术研发人员：张亚培，蓝毅聪，王浩理，田文喜，苏光辉，秋穗正，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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