本發(fā)明屬于一種新型反應(yīng)堆模擬體，可用于開展新型反應(yīng)堆堆外模擬試驗。

背景技術(shù)：

反應(yīng)堆模擬體是開展堆外模擬試驗的核心設(shè)備，主要功能是組成反應(yīng)堆流道以及提供試驗所需的熱源。反應(yīng)堆模擬體內(nèi)流道長度、流道橫截面積、表面熱流密度會影響堆內(nèi)流體溫度分布、燃料元件包殼峰值溫度等局部參數(shù)，也會影響反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)瞬態(tài)運行特性。

鑒于上述因素，有必要研制一種新型反應(yīng)堆模擬體，能夠有效地模擬反應(yīng)堆內(nèi)流道長度、流道橫截面積以及體積熱流密度，更加全面和準確地獲取堆芯熱工水力特性，進一步提高堆外模擬試驗的準確度，為新型反應(yīng)堆的研發(fā)提供必不可少的基礎(chǔ)條件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種新型反應(yīng)堆模擬體，該模擬體能夠有效地模擬反應(yīng)堆內(nèi)流道長度、流道橫截面積以及表面熱流密度，可用于新型反應(yīng)堆安全及運行特性的驗證試驗。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種反應(yīng)堆模擬體，從上往下依次包括上封頭、壓力殼體中段、壓力殼體下段和下封頭，所述上封頭連接壓力殼體中段，所述壓力殼體中段連接壓力殼體下段，所述壓力殼體下段連接下封頭，所述壓力殼體中段內(nèi)設(shè)置中段筒體和波紋管，所述中段筒體下端連接波紋管；所述壓力殼體中段的內(nèi)壁和中段筒體外壁、波紋管外壁之間限定了中段空腔；

壓力殼體下段內(nèi)設(shè)置下段筒體；下段筒體內(nèi)設(shè)置堆芯模擬體；所述壓力殼體中段設(shè)置進口通道，所述中段筒體上設(shè)置出口通道，所述出口通道延伸到壓力殼體中段的外殼；所述堆芯模擬體包括電加熱元件；

流體由進口管道流入，流過中段空腔后，進入下段筒體，流經(jīng)堆芯模擬體并加熱，后依次通過波紋管及中段筒體，最終經(jīng)出口管道流出。

作為優(yōu)選，所述上封頭與壓力殼體中段之間、壓力殼體中段與壓力殼體下段之間以及壓力殼體下段與下封頭之間通過法蘭連接。

作為優(yōu)選，下段筒體外壁為圓形截面，內(nèi)壁為方形截面。

作為優(yōu)選，下段筒體沿著上下方向設(shè)置分隔板。

作為優(yōu)選，所述堆芯模擬體包括電加熱元件。

作為優(yōu)選，沿著流體的流動方向，將電加熱元件單位長度的電加熱功率w設(shè)置為流體流動路徑s的函數(shù)，其中s是距離流體進入堆芯模擬體入口的長度，即w＝f（s），f’(s)>0，其中f’(s)是f（s）的一次導(dǎo)數(shù)。

作為優(yōu)選，f"(s)>0，其中f"(s)是f（s）的二次導(dǎo)數(shù)。

作為優(yōu)選，流體在堆芯模擬體流動的總路徑長度為s總，流體在堆芯模擬體出口位置的單位長度的電加熱功率為w后，則在流體進入堆芯模擬體入口的長度s處的單位長度的加熱功率為w＝w后*（s/s）^a，其中a是系數(shù)，1.23<a<1.34。

作為優(yōu)選，隨著s/s增加，a逐漸減小。

作為優(yōu)選，所述堆芯模擬體包括多組電加熱元件，所述多組電加熱元件之間是串聯(lián)結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的具有如下的優(yōu)點：

1）采用該反應(yīng)堆模擬體開展了反應(yīng)堆堆外安全及運行特性設(shè)計驗證試驗，獲得了系統(tǒng)參數(shù)時程曲線及運行特性，驗證了設(shè)計工況的安全性。

2）本發(fā)明的各個部件可以拆卸進行替換，理論如壓力殼體中段和壓力殼體下段高度可調(diào)以實現(xiàn)不同流道長度的需求；中段筒體，波紋管，下段筒體內(nèi)外徑可調(diào)以實現(xiàn)不同堆芯流通面積的需求；堆芯模擬體中電加熱元件的組數(shù)以及每組電加熱元件的數(shù)量及單根電加熱元件的外徑均可調(diào)節(jié)以滿足不同表面熱流密度需求。因此便于模擬不同的核反應(yīng)工況。

3）本發(fā)明在中段筒體下部設(shè)置波紋管，波紋管可以自由進行伸縮，滿足不同溫度條件下的模擬實驗情況。

4）本發(fā)明將電加熱功率設(shè)置為沿著流體流動方向的規(guī)律變化，保證流體的最佳的吸熱情況，使得電加熱功率損失小，提高了模擬實驗的準確度。

附圖說明

圖1為反應(yīng)堆模擬體示意圖。

圖2是設(shè)置隔板后流體流動示意圖。

其中，1、上封頭，2、壓力殼體中段，3、壓力殼體下段，4、下封頭，5、中段筒體，6、波紋管，7、下段筒體，8、堆芯模擬體，9、正極銅排，10、負極銅排，11、進口管道，12、出口管道，13中段空腔。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

本文中，如果沒有特殊說明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

圖1展示了一種反應(yīng)堆模擬體，如圖1所示，所述核反應(yīng)堆模擬體從上往下依次包括上封頭1、壓力殼體中段2、壓力殼體下段3和下封頭4，所述上封頭1連接壓力殼體中段2，所述壓力殼體中段2連接壓力殼體下段3，所述壓力殼體下段3連接下封頭4，所述壓力殼體中段2內(nèi)設(shè)置中段筒體5和波紋管6，所述中段筒體5下端連接波紋管6；所述壓力殼體中段2的內(nèi)壁和中段筒體5外壁、波紋管外壁之間限定了中段空腔13。

壓力殼體下段3內(nèi)設(shè)置下段筒體7；下段筒體7內(nèi)設(shè)置堆芯模擬體8；所述壓力殼體中段2設(shè)置進口通道11，所述中段筒體5上設(shè)置出口通道12，所述出口通道12延伸到壓力殼體中段2的外壁外；所述堆芯模擬體8包括電加熱元件14；

流體由進口通道11流入，流過中段空腔13后，進入下段筒體7，流經(jīng)堆芯模擬體8并加熱，后依次通過波紋管6及中段筒體5，最終經(jīng)出口通道流出。

采用上述的反應(yīng)堆模擬體開展了反應(yīng)堆堆外安全及運行特性設(shè)計驗證試驗，可以獲得系統(tǒng)參數(shù)時程曲線及運行特性，從而通過上述的反應(yīng)堆模擬體來驗證了設(shè)計工況的安全性。

作為優(yōu)選，流體是去離子水。

作為優(yōu)選，所述上封頭1與壓力殼體中段2之間、壓力殼體中段2與壓力殼體下段3之間以及壓力殼體下段3與下封頭4之間通過法蘭連接。

本發(fā)明的上封頭1、壓力殼體中段2、壓力殼體下段3和下封頭4可以拆卸進行替換，如壓力殼體中段和壓力殼體下段高度可調(diào)以實現(xiàn)不同流道長度的需求；中段筒體，波紋管，下段筒體內(nèi)外徑可調(diào)以實現(xiàn)不同堆芯流通面積的需求。因此便于模擬不同的核反應(yīng)工況。

作為優(yōu)選，所述壓力殼體中段2、壓力殼體下段3為圓形結(jié)構(gòu)，所述的中段筒體5與壓力殼體中段2在橫截面上為同心圓的結(jié)構(gòu)；所述的壓力殼體下段3和下段筒體7也是在橫截面上為同心圓的結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，下段筒體7外壁為圓形截面，內(nèi)壁為方形截面。優(yōu)選為正方形截面。通過設(shè)置內(nèi)壁為方形結(jié)構(gòu)，便于電加熱元件的分布，保證加熱均勻。

作為優(yōu)選，下段筒體7沿著上下方向設(shè)置分隔板。通過設(shè)置分隔板，使得流體的流程分為至少兩部分。流體在下段筒體內(nèi)先在一側(cè)從上向下流動，然后再進入另一側(cè)從下往上流動，或者使流體先從外部從上往下流動，然后從中間從下往上流動。如圖2所示。

作為優(yōu)選，所述堆芯模擬體8包括電加熱元件。

作為優(yōu)選，電加熱元件是多組，所述多組電加熱元件采用串聯(lián)的方式連接，電加熱組件間通過導(dǎo)電銅線相連。

堆芯模擬體中電加熱元件的組數(shù)以及每組電加熱元件的數(shù)量及單根電加熱元件的外徑均可調(diào)節(jié)以滿足不同表面熱流密度需求。

作為優(yōu)選，中段筒體的外徑（直徑）是所述的壓力殼體中段的內(nèi)徑（直徑）的0.4-0.6倍，進一步優(yōu)選為0.5倍。作為優(yōu)選，所述的堆芯模擬體8的內(nèi)壁的正方形的邊長為壓力殼體下段3的內(nèi)徑（直徑）的0.5-0.6倍；所述的壓力殼體中段和壓力殼體下段3的內(nèi)徑相同。

作為優(yōu)選，沿著流體的流動方向，將電加熱元件單位長度的電加熱功率w設(shè)置為流體流動路徑s的函數(shù)，其中s是距離流體進入堆芯模擬體入口的長度，即w＝f（s），f’(s)>0，其中f’(s)是f（s）的一次導(dǎo)數(shù)。

上述的電加熱功率的變化，實際上就是沿著流體的流動方向上，單位長度的電加熱功率逐漸升高。通過上述的電加熱功率的規(guī)律變化，可為極大的提高流體的換熱效率，通過實驗發(fā)現(xiàn)，在相同的總功率下，能夠提高15％左右的換熱效率。通過理論分析，發(fā)現(xiàn)采用上述的規(guī)律變化，類似于換熱器中的逆流換熱。

作為優(yōu)選，f"(s)>0，其中f"(s)是f（s）的二次導(dǎo)數(shù)。沿著流體的流動方向上，單位長度的電加熱功率逐漸升高的幅度越來越大。通過實驗發(fā)現(xiàn)，在相同的總功率下，上述的設(shè)置能夠提高8％左右的吸熱效率。

作為優(yōu)選，流體在堆芯模擬體8流動的總路徑長度為s總，流體在堆芯模擬體出口位置的單位長度的電加熱功率為w后，則在流體進入堆芯模擬體入口的長度s處的單位長度的加熱功率為w＝w后*（s/s）^a，其中a是系數(shù)，1.23<a<1.34。

上述的關(guān)系是通過大量的數(shù)值模擬及其實驗獲得的，通過大量的實驗得到了驗證。通過上述的關(guān)系進行功率分配，能夠使得流體的熱量吸收達到最佳的效果。

作為優(yōu)選，1.28<a<1.30。

作為優(yōu)選，隨著s/s增加，a逐漸減小。

作為優(yōu)選，所述堆芯模擬體8包括多組電加熱元件，所述多組電加熱元件之間是串聯(lián)結(jié)構(gòu)。

作為對于前面加熱規(guī)律的具體實施方式，作為優(yōu)選，所述電加熱元件分為多段，沿著流體的流動方向，不同段的加熱功率逐漸增加。通過上述的優(yōu)化的設(shè)計，便于加工。

所述電加熱元件采用電阻加熱的方式。

作為優(yōu)選，所述電加熱元件為棒狀電阻。

作為優(yōu)選，所述電加熱元件為電阻絲。

作為優(yōu)選，所述電加熱元件為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所述電加熱元件（作為優(yōu)選一個或者多個棒狀電阻或者一個或者多個電阻絲）沿著流體的流動方向，電加熱裝置的外徑越來越小，即電加熱裝置越來越細。通過上述的優(yōu)化設(shè)置，達到電加熱裝置不同位置的發(fā)熱功率不同，從而提高電加熱的效率。

作為優(yōu)選，沿著流體的流動方向，電加熱裝置外徑變小的幅度越來越大。

通過采用外徑變化，達到電加熱裝置不同位置的發(fā)熱功率不同。

作為優(yōu)選，電加熱元件的外部形狀為拋物線的形狀。

作為進一步具體的實施例，上封頭1，壓力殼體中段2，壓力殼體下段3，下封頭4之間采用三對法蘭焊接連接，法蘭采用八角墊密封，其組成的整體為反應(yīng)堆模擬體的承壓殼。中段筒體5，波紋管6，下段筒體7之間通過焊接聯(lián)接，以實現(xiàn)堆芯入口冷流體和堆芯模擬體8加熱后熱流體之間的密封。其中，波紋管6用于抵消熱膨脹引起的長度變化。下段筒體7為外圓內(nèi)方結(jié)構(gòu)，整體懸掛在壓力殼體中段2，壓力殼體下段3之間的下段法蘭內(nèi)側(cè)，其頂部通過螺栓與法蘭連接。堆芯模擬體8放置在下段筒體7內(nèi)部，其底端通過螺栓與下段筒體7底部連接。

堆芯模擬體8由四組并聯(lián)的電加熱元件組成，每組電加熱元件內(nèi)外均布有陶瓷隔板17，起絕緣作用。四組電加熱元件采用串聯(lián)的方式連接，電加熱組件間通過導(dǎo)電銅線相連。

正極銅排9和負極銅排10與電加熱元件相連，為堆芯模擬體供電。

進口管道11和出口管道12均與壓力殼體中段2焊接聯(lián)接，其中，進口管道11與壓力殼體中段2內(nèi)側(cè)聯(lián)通，出口管道12與中段筒體5內(nèi)側(cè)聯(lián)通。

壓力殼體中段2，壓力殼體下段3高度可調(diào)以實現(xiàn)不同流道長度的需求；中段筒體5，波紋管6，下段筒體7內(nèi)外徑可調(diào)以實現(xiàn)不同堆芯流通面積的需求；堆芯模擬體8中電加熱元件的組數(shù)以及每組電加熱元件的數(shù)量及單根電加熱元件的外徑均可調(diào)節(jié)以滿足不同表面熱流密度需求。

試驗中，去離子水由進口管道11流入，流過壓力殼體中段2，壓力殼體下段3和中段筒體5，波紋管6，下段筒體7圍成的下降腔后，流經(jīng)堆芯模擬體8并加熱，后依次通過波紋管6及中段筒體5，最終經(jīng)出口管道12流出。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準。