一種臨界流穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種臨界流穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]壓水堆運(yùn)行在高溫高壓條件下，破口失水事故(LOCA)被列為反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故。在破口處，高溫高壓流體經(jīng)受急劇降壓和汽化，流動(dòng)出現(xiàn)壅塞現(xiàn)象，即臨界流動(dòng)現(xiàn)象。此時(shí)的流動(dòng)特性決定著系統(tǒng)冷卻劑的質(zhì)量和能量喪失速率，進(jìn)而強(qiáng)烈地影響著系統(tǒng)壓力、堆芯冷卻劑溫度和燃料包殼溫度的變化規(guī)律，從而對(duì)事故后果起重要作用。因此，臨界流試驗(yàn)數(shù)據(jù)是核反應(yīng)堆安全分析程序開發(fā)的重要基礎(chǔ)，對(duì)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)和安全分析均起重要作用，這就需要開展臨界流試驗(yàn)。
[0003]臨界流試驗(yàn)可分為瞬態(tài)試驗(yàn)和穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)兩種。瞬態(tài)試驗(yàn)大致模擬反應(yīng)堆發(fā)生破口時(shí)的現(xiàn)象，這一過程系統(tǒng)的壓力和溫度均隨噴放過程快速變化，限于儀表響應(yīng)等原因無法準(zhǔn)確測(cè)量，且試驗(yàn)過程中試驗(yàn)段進(jìn)口參數(shù)不受控，僅取決于初始條件；而穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)則通過一定的技術(shù)手段，使臨界流動(dòng)現(xiàn)象穩(wěn)定以方便測(cè)量，并有效地控制試驗(yàn)段進(jìn)口參數(shù)，從而獲得準(zhǔn)確、可靠、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種臨界流穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)，在穩(wěn)定的流動(dòng)情況下研宄臨界流動(dòng)特性，從而得到大量系統(tǒng)的、可靠的以及準(zhǔn)確的臨界流試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為分析反應(yīng)堆破口事故提供試驗(yàn)依據(jù)，為建立和評(píng)價(jià)臨界流量計(jì)算模型提供必要依據(jù)，也是核反應(yīng)堆安全分析程序開發(fā)的重要基礎(chǔ)。
[0005]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:提供一種臨界流穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括供水設(shè)備、與所述供水設(shè)備相連通的穩(wěn)壓器、與所述穩(wěn)壓器相連通的加熱器以及與所述加熱器相連通的試驗(yàn)段；所述加熱器上設(shè)有用于調(diào)節(jié)加熱器功率大小的功率控制模塊；所述穩(wěn)壓器與加熱器之間的連接管線上設(shè)有用于調(diào)節(jié)試驗(yàn)段入口壓力的調(diào)節(jié)閥。
[0006]進(jìn)一步，還包括冷卻裝置，所述冷卻裝置的一端與所述試驗(yàn)段的出口端相連通，所述冷卻裝置的另一端與所述供水設(shè)備相連通。
[0007]進(jìn)一步，所述加熱器進(jìn)口端設(shè)有數(shù)據(jù)采集模塊，該數(shù)據(jù)采集模塊能夠?qū)崟r(shí)采集加熱器進(jìn)口的溫度T03和流量R)1。
[0008]進(jìn)一步，該試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)于過冷工況下，加熱器的功率應(yīng)采用下列公式進(jìn)行計(jì)算:
[0009]P= (h(Pset，Tset)_h(Pset，T03)) XFOl
[0010]P:為加熱器功率；
[0011]Pset:為加熱器預(yù)定的壓力；
[0012]Tset:為加熱器預(yù)定的溫度；
[0013]h(Pset，T03):為加熱器進(jìn)口的焓；
[0014]h(Pset，Tset):為加熱器出口的焓；
[0015]R)1:為加熱器進(jìn)口流量。
[0016]進(jìn)一步，該試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)于飽和工況下，加熱器的功率應(yīng)采用下列公式進(jìn)行計(jì)算:
[0017]P= (h(Pset, Xset)-h (Pset, T03)) XFOl
[0018]P:為加熱器功率；
[0019]Pset:為加熱器預(yù)定的壓力；
[0020]Xset:為加熱器預(yù)定的含汽率；
[0021]h(Pset，T03):為加熱器進(jìn)口的焓；
[0022]h (Pset, Tset):為加熱器出口的焓；
[0023]R)1:為加熱器進(jìn)口流量。
[0024]進(jìn)一步，所述穩(wěn)壓器和加熱器之間的連接管線上設(shè)有流量計(jì)，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，該流量計(jì)用于測(cè)量加熱器前的冷態(tài)補(bǔ)水流量。
[0025]進(jìn)一步，所述冷卻裝置包括冷凝器和熱交換器，所述冷凝器和熱交換器相連通。
[0026]進(jìn)一步，所述冷卻裝置上設(shè)有冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。
[0027]進(jìn)一步，所述供水設(shè)備包括柱塞泵和與所述柱塞泵相連通的水箱。
[0028]進(jìn)一步，所述柱塞泵的出口管線與水箱之間設(shè)有旁通管線，該旁通管線用于將主路多余的補(bǔ)水量流回水箱。
[0029]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:
[0030]本發(fā)明提供的試驗(yàn)系統(tǒng)，通過在加熱器上設(shè)有功率控制模塊，可根據(jù)不同的工況調(diào)整功率的大小，可以控制試驗(yàn)段進(jìn)口的溫度；通過在加熱器與穩(wěn)壓器之間設(shè)有調(diào)節(jié)閥以及旁通管線上設(shè)有調(diào)節(jié)閥，可以調(diào)節(jié)試驗(yàn)段入口的壓力；由此，本發(fā)明通過設(shè)有功率控制模塊和調(diào)節(jié)閥，確保試驗(yàn)段前的溫度和壓力穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)臨界流的穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)；從而獲得可靠的、準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為分析反應(yīng)堆破口事故提供了可靠的試驗(yàn)依據(jù)，同時(shí)為核反應(yīng)堆安全分析程序的開發(fā)提供了大量的、可靠的數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明臨界流穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為試驗(yàn)中的溫度變化曲線；
[0033]圖3為試驗(yàn)中的壓力變化曲線；
[0034]圖4為計(jì)算得到的所需加熱功率隨試驗(yàn)段進(jìn)口溫度變化曲線；
[0035]圖5為功率自動(dòng)控制情況下的溫度穩(wěn)定曲線；
[0036]圖6功率自動(dòng)控制程序框圖；
[0037]圖7 13MPa時(shí)功率自動(dòng)控制下溫度穩(wěn)定曲線；
[0038]圖8 16MPa時(shí)功率自動(dòng)控制下溫度穩(wěn)定曲線。
[0039]圖中:
[0040]1-柱塞泵2-穩(wěn)壓器3-加熱器 4-試驗(yàn)段
[0041]5-冷凝器6-熱交換器7-水箱8-流量計(jì)
[0042]9-氣壓瓶10-調(diào)節(jié)閥11-隔離閥 12-安全閥
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0044]本試驗(yàn)是模擬反應(yīng)堆發(fā)生破口時(shí)的現(xiàn)象，設(shè)置的一套模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)若裝水量一定，則隨著高溫高壓流體的噴放，系統(tǒng)的壓力必然下降，因此，要想使試驗(yàn)段前的壓力穩(wěn)定，必須在試驗(yàn)過程中持續(xù)補(bǔ)水，并確保補(bǔ)水量等于噴放量；由于新補(bǔ)入系統(tǒng)的水溫度很低，為保證試驗(yàn)段前溫度穩(wěn)定，還需使新補(bǔ)入系統(tǒng)的水通過加熱器加熱，并確保加熱至預(yù)定溫度或預(yù)定含汽率，才能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)。
[0045]基于此原理，本發(fā)明提供了一套臨界流穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)。如圖1所示，該系統(tǒng)包括依次連通的柱塞泵1、穩(wěn)壓器2、加熱器3、試驗(yàn)段4、冷凝器5以及熱交換器6。其中，柱塞泵I通過供水箱7提供水源，穩(wěn)壓器2通過氣壓瓶9補(bǔ)充壓力，熱交換器6的出水端與水箱7連接。另外，柱塞泵I的出口和加熱器3上均設(shè)有安全閥12，保證系統(tǒng)的安全。由此，整個(gè)系統(tǒng)形成一個(gè)回路系統(tǒng)。
[0046]為了能夠保證試驗(yàn)段入口的溫度，加熱器3上設(shè)有功率控制模塊；為了保證試驗(yàn)段4入口壓力，在穩(wěn)壓器2與加熱器3之間的連接管線上設(shè)有調(diào)節(jié)閥10 ;為了能夠測(cè)量加熱器3前的冷態(tài)補(bǔ)水流量，在穩(wěn)壓器2與加熱器3之間的連接管線上還設(shè)有流量計(jì)8。
[0047]為了能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)到加熱器進(jìn)口的溫度和流量，在加熱器進(jìn)口設(shè)有數(shù)據(jù)采集模塊。
[0048]本試驗(yàn)采用去離子水，該去離子水由柱塞泵I送出，經(jīng)穩(wěn)壓器2穩(wěn)流后，通過加熱器3，然后流過試驗(yàn)段4，噴放流體，該流體經(jīng)冷凝器5及熱交換器6分別通過冷卻水循環(huán)系統(tǒng)冷卻至接近常溫后回到供水泵I入口。所述冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的供水管線和排水管線上均設(shè)有隔咼閥11。
[0049]回路依靠柱塞泵I驅(qū)動(dòng)，可使水從常壓升高到試驗(yàn)壓力；柱塞泵I具有流量恒定的特性，而主回路所需要的補(bǔ)水量應(yīng)等于試驗(yàn)段4噴放流量，二者之差可通過旁通閥流回水箱；穩(wěn)壓器2可補(bǔ)償回路壓力變化，減小系統(tǒng)壓力的變化速度和波動(dòng)幅度，同時(shí)還起到平穩(wěn)流量的作用，使柱塞泵I的脈動(dòng)流量轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚍€(wěn)定的流量；加熱器3功率通過設(shè)有功率控制模塊，可在很大的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，以確?？梢詫⒎€(wěn)壓器2流出的常溫水加熱至試驗(yàn)溫度(或含汽率)；試驗(yàn)段4用于模擬反應(yīng)堆破口 ；冷凝器5和熱交換器6則將噴放后的汽水混合物通過循環(huán)水系統(tǒng)冷卻，可循環(huán)使用。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，通過流量計(jì)8測(cè)量加熱器3前的冷態(tài)補(bǔ)水流量，即可得到該工況下的臨界流量。
[0050]由此，本試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)在于如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)，即如何將系統(tǒng)調(diào)節(jié)至穩(wěn)定。根據(jù)試驗(yàn)原理，達(dá)到穩(wěn)態(tài)必須確保補(bǔ)水量等于噴放量，且補(bǔ)入系統(tǒng)的水經(jīng)過加熱器3后恰好加熱至預(yù)定溫度(或含汽率)；但由于事先不知道噴放流量，也就無法知道所需的加熱功率，只能通過觀察溫度變化情況實(shí)時(shí)調(diào)整。
[0051]實(shí)踐證明:當(dāng)試驗(yàn)段4進(jìn)口溫度較低時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)整加熱功率是可行的；但當(dāng)試驗(yàn)段4進(jìn)口溫度較高時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)整加熱功率的方式很難達(dá)到穩(wěn)定，經(jīng)常發(fā)生溫度和壓力失控陡升或陡降的現(xiàn)象。如圖2、3所示，為試驗(yàn)過程中2000s長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)溫度和壓力的變化情況，本擬穩(wěn)定在lOMPa，265°C，但溫度和壓力均波動(dòng)劇烈，無法穩(wěn)住，或穩(wěn)定至較低溫度處。
[0052]分析發(fā)現(xiàn):這是由系統(tǒng)的固有特性造成的。壓力一定時(shí)，隨著試驗(yàn)段4進(jìn)口溫度的升高，臨界流量會(huì)下降；而加熱器3進(jìn)出口焓差會(huì)增大；所需加熱功率為二者的乘積，故存在最大值，前半段加熱功率隨試驗(yàn)