本發(fā)明屬于核電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種熔融物堆內(nèi)滯留壓力容器外部冷卻試驗(yàn)臺(tái)架。

背景技術(shù)：

在核電發(fā)展歷程中，核安全一直是人們所關(guān)心的重點(diǎn)問(wèn)題。雖然核電廠已經(jīng)采取了一系列的措施來(lái)避免嚴(yán)重事故的發(fā)生，但是極端條件下仍可能發(fā)生超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的嚴(yán)重事故，如三里島事故，切爾諾貝利事故和福島事故。一旦嚴(yán)重事故發(fā)生，可能造成蒸汽爆炸、釋放大量放射性物質(zhì)等嚴(yán)重后果。調(diào)查表明，核電廠一旦發(fā)生事故，只要保證壓力容器和安全殼的完整性，就能大量減少放射性物質(zhì)的釋放。自此之后，國(guó)際上逐漸形成了熔融物堆內(nèi)滯留的壓力容器外部冷卻嚴(yán)重事故緩解策略，即冷卻水流過(guò)壓力容器外壁與保溫層之間形成的流道，將通過(guò)壓力容器下封頭壁面導(dǎo)出的熔融物的熱量帶出，從而防止壓力容器下封頭表面發(fā)生沸騰臨界，保證下封頭的完整性。目前，ivr-ervc已經(jīng)成為以ap1000系列為代表的第三代先進(jìn)核電技術(shù)中一項(xiàng)核心的嚴(yán)重事故緩解措施。同樣，在其他先進(jìn)核反應(yīng)堆型中，evr-ervc同樣具有廣闊的應(yīng)用前景。然而目前國(guó)外的研究大部分都是采用1:1比例的模型來(lái)模擬下封頭，即使取切片模型也是全尺寸模擬，這樣耗費(fèi)的時(shí)間較多，工程量比較大，并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種熔融物堆內(nèi)滯留壓力容器外部冷卻試驗(yàn)臺(tái)架，包括試驗(yàn)段、系統(tǒng)回路以及輔助系統(tǒng)；所述試驗(yàn)段的頭部和尾部通過(guò)法蘭與系統(tǒng)回路連接，系統(tǒng)回路與輔助系統(tǒng)相連；所述試驗(yàn)段包括加熱系統(tǒng)、u型槽、加熱板和密封絕緣墊片；加熱系統(tǒng)固定于加熱板上，加熱板與u型槽構(gòu)成流道系統(tǒng)，在加熱板與u型槽接觸處安裝有絕緣墊片，用來(lái)密封加熱板與u型槽之間的空隙；所述試驗(yàn)段為模擬先進(jìn)大功率壓水堆cap1400壓力容器下封頭一部分，采用1:14縮比下封頭結(jié)構(gòu)，其中半徑采用1:5縮比，并且二維切片各弧段的加熱板厚度依次增大。

所述加熱板的兩端分別設(shè)置正電極與負(fù)電極，用來(lái)調(diào)節(jié)不同厚度的加熱板的熱流密度的大小，加熱系統(tǒng)固定在加熱板兩端的兩個(gè)電極上，在加熱板朝內(nèi)的表面焊接測(cè)溫線，用來(lái)測(cè)量加熱段的內(nèi)壁溫度，在試驗(yàn)段的入口、出口和流道中分別布置與加熱板的不同厚度相對(duì)應(yīng)的熱電偶，熱電偶通過(guò)u型槽外表面插入到流道中，用來(lái)測(cè)量流道水溫，所述加熱板的加熱方式采用交流電直接加熱，通過(guò)加熱板的不同厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)各弧段不同的熱流密度。

所述系統(tǒng)回路包括上升管段、水箱、換熱器和下降管段，所述水箱通過(guò)法蘭與上升管段連接，水箱底部通過(guò)兩條管道與換熱器連接，水箱上面開有出氣口，與外界空氣接觸，側(cè)面開有進(jìn)水口，與供水管路連接，在水箱進(jìn)水口位置設(shè)置進(jìn)口閥門，水箱出水口位置設(shè)置出口閥門，進(jìn)口閥門和出口閥門用來(lái)調(diào)節(jié)流量的大小；與水箱底部相連接的所有管道均設(shè)有法蘭段，通過(guò)添加或者減少這些通道法蘭段處的管段可以改變水箱高度；在下降管段設(shè)有流量計(jì)，用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控流量。

所述輔助系統(tǒng)包括電源、數(shù)據(jù)采集及信號(hào)控制系統(tǒng)和電源控制系統(tǒng)，電源、電源控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集及信號(hào)控制系統(tǒng)依次相連，數(shù)據(jù)采集及信號(hào)控制系統(tǒng)與電源控制系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)回路分別與試驗(yàn)段相連，所述數(shù)據(jù)采集及信號(hào)控制系統(tǒng)采用ni的采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集及信號(hào)控制系統(tǒng)的采集線分別連接到加熱系統(tǒng)上布置的熱電偶上。

一種熔融物堆內(nèi)滯留壓力容器外部冷卻試驗(yàn)臺(tái)架的工作方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：讓回路中充滿水，確?；芈访芊庑粤己茫?/p>

步驟2：控制主回路循環(huán)流量恒定，在功率和流量不變的情況下，先將冷卻水的過(guò)冷度保持在一個(gè)低值；

步驟3：開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，觀察各測(cè)點(diǎn)的溫度變化，同時(shí)記錄試驗(yàn)段壓差的變化情況；

步驟4：增大冷卻水的過(guò)冷度，觀察數(shù)據(jù)變化，若觀察到試驗(yàn)過(guò)程中某一點(diǎn)壁溫突然增大，立即關(guān)閉電源，停止加熱，防止燒毀加熱段；

步驟5：在功率與流量恒定的情況下改變水箱高度，記錄不同水箱高度下的水溫、試驗(yàn)段壓差的變化，同時(shí)可以使用高速攝像機(jī)觀察氣液兩相流的變化；

步驟6：實(shí)驗(yàn)完成后，及時(shí)關(guān)閉電源，待溫度冷卻時(shí)，將回路中的水排出。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本試驗(yàn)臺(tái)架針對(duì)我國(guó)自主研發(fā)的cap1400堆型，夠得到不同工況下的加熱段的內(nèi)壁溫、流道的流體溫度、試驗(yàn)段壓差以及空泡份額等一系列隨時(shí)間變化的參數(shù)，同時(shí)可以改變常數(shù)參數(shù)值來(lái)研究其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。對(duì)核電廠嚴(yán)重事故的機(jī)理研究具有重要意義。

(2)本試驗(yàn)臺(tái)架在試驗(yàn)過(guò)程中重點(diǎn)研究chf分布規(guī)律，自然循環(huán)特性和氣液兩相流的行為。通過(guò)一定的縮比手段對(duì)下封頭進(jìn)行縮比后取其二維切片進(jìn)行試驗(yàn)，可通過(guò)加熱板不同的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)各弧段不同的熱流密度。本試驗(yàn)臺(tái)架可以在節(jié)省時(shí)間和經(jīng)費(fèi)的條件下評(píng)估嚴(yán)重事故下的ervc措施的可行性。為ivr-ervc系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和有效性驗(yàn)證奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

附圖1為試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2為試驗(yàn)段的主視圖。

附圖3為試驗(yàn)段的右視圖。

附圖4為試驗(yàn)段的截面圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

附圖1為試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該試驗(yàn)臺(tái)架包括系統(tǒng)回路、輔助系統(tǒng)以及試驗(yàn)段。試驗(yàn)段的頭部和尾部通過(guò)法蘭與系統(tǒng)回路連接，系統(tǒng)回路與輔助系統(tǒng)相連，試驗(yàn)段包括加熱系統(tǒng)、u型槽、絕緣墊片與加熱板，加熱板與u型槽構(gòu)成流道系統(tǒng)，在加熱板與u型槽接觸處安裝有絕緣墊片，用來(lái)密封加熱板與u型槽之間的空隙；所述系統(tǒng)回路包括上升管段、水箱、換熱器和下降管段，u型槽的兩端通過(guò)法蘭與上升管段與下降管段相連，在下降管段上設(shè)置電磁流量計(jì)用來(lái)檢測(cè)水流量。水箱設(shè)置在u型槽的上升管段，水箱底部通過(guò)兩條管道與換熱器連接，水箱上面開有出氣口，與外界空氣接觸，側(cè)面開有進(jìn)水口，與供水管路連接，在水箱進(jìn)水口位置設(shè)置進(jìn)口閥門，水箱出水口位置設(shè)置出口閥門，進(jìn)口閥門和出口閥門用來(lái)調(diào)節(jié)流量的大小。與水箱底部相連接的所有管道均設(shè)有法蘭段，通過(guò)添加或者減少這些通道法蘭段處的管段來(lái)改變水箱高度，換熱器通過(guò)兩條管道連接在水箱底部，用來(lái)調(diào)節(jié)入口過(guò)冷度及流量，使水箱中的水溫保持在較低的狀態(tài)。輔助系統(tǒng)包括電源、數(shù)據(jù)采集及信號(hào)控制系統(tǒng)和電源控制系統(tǒng)，電源、電源控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集及信號(hào)控制系統(tǒng)依次相連，數(shù)據(jù)采集及信號(hào)控制系統(tǒng)與電源控制系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)回路分別與試驗(yàn)段相連。電源總功率為50kw。信號(hào)采集系統(tǒng)采用ni的采集系統(tǒng)，通過(guò)電源控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。信號(hào)采集系統(tǒng)的采集線分別連接到加熱系統(tǒng)上布置的熱電偶上，用來(lái)采集水溫和加熱板壁溫的變化數(shù)據(jù)。附圖2為試驗(yàn)段的主視圖，附圖3為試驗(yàn)段的右視圖，如圖2和圖3所示，試驗(yàn)段主要由加熱系統(tǒng)、u型槽、密封絕緣墊片和加熱板組成。所述試驗(yàn)段為二維切片，模擬先進(jìn)大功率壓水堆cap1400壓力容器下封頭的一部分，加熱板與u型槽組成了流道系統(tǒng)，在加熱板與u型槽接觸處安裝有絕緣墊片，如附圖4所示，絕緣墊片緊貼流道內(nèi)壁，用以絕緣和密封加熱板與u型槽之間的空隙。整個(gè)試驗(yàn)段的兩端通過(guò)法蘭與管道進(jìn)行連接。加熱系統(tǒng)為試驗(yàn)臺(tái)架的主系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)固定在不銹鋼加熱板兩端的兩個(gè)電極上，通過(guò)電源控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以調(diào)節(jié)功率大小。加熱板兩端分別設(shè)置正負(fù)電極，用來(lái)調(diào)節(jié)加熱板電流的大小，在加熱板朝內(nèi)的表面焊接測(cè)溫線，測(cè)溫線用來(lái)測(cè)量加熱段內(nèi)壁溫度，對(duì)應(yīng)加熱段不同厚度設(shè)置鎧裝熱電偶，分別設(shè)置在入口、出口和流道中，鎧裝熱電偶通過(guò)u型槽外表面插入到流道中，用來(lái)測(cè)量水溫。試驗(yàn)段為半球形的二維切片，試驗(yàn)段的各弧段加熱板厚度不同，達(dá)到所需的熱流密度。試驗(yàn)段頂部連接上升管段管道，在試驗(yàn)過(guò)程中形成一個(gè)自然循環(huán)回路，在充滿水的狀態(tài)下，u型槽內(nèi)的流體被加熱，此管道中的流體受熱上升，受熱后沿上升管段進(jìn)入到上部水箱，水箱中的冷流體通過(guò)水箱底部的下降管段下降再次經(jīng)過(guò)加熱系統(tǒng)，形成一個(gè)循環(huán)。在試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)添加或者減少水箱底部法蘭段處的管段來(lái)改變水箱高度，研究水箱高度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響程度。所述試驗(yàn)臺(tái)架的工作方法，包括以下步驟：

步驟1：讓回路中充滿水，確?；芈访芊庑粤己茫?/p>

步驟2：控制主回路循環(huán)流量恒定，在功率和流量不變的情況下，先將冷卻水的過(guò)冷度保持在一個(gè)較低值；

步驟3：開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，觀察各測(cè)點(diǎn)的溫度變化，同時(shí)記錄試驗(yàn)段壓差的變化情況；

步驟4：增大冷卻水的過(guò)冷度，觀察數(shù)據(jù)變化，若觀察到試驗(yàn)過(guò)程中壁溫突然增大，立即關(guān)閉電源，停止加熱，防止燒毀加熱段；

步驟5：在功率與流量恒定的情況下改變水箱高度，記錄不同水箱高度下的水溫、試驗(yàn)段壓差的變化，同時(shí)可以使用高速攝像機(jī)觀察氣液兩相流的變化；

步驟6：實(shí)驗(yàn)完成后，及時(shí)關(guān)閉電源，待溫度冷卻時(shí)，將回路中的水排出。

此實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。