一種非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)以及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明主要涉及一種非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)。本發(fā)明包括余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)、過飽和壓力系統(tǒng)，余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)包括堆內(nèi)熱源模擬模塊、堆外散熱模塊，堆內(nèi)熱源模擬模塊、堆外散熱模塊通過管路連通并構(gòu)成循環(huán)測試回路，過飽和壓力系統(tǒng)使得該測試系統(tǒng)內(nèi)壓力超過循環(huán)液體在測試溫度下的飽和蒸汽壓。本發(fā)明堆內(nèi)熱源模擬模塊用于模擬實(shí)際核反應(yīng)堆內(nèi)的熱源，通過監(jiān)測循環(huán)測試回路中的循環(huán)液體的體積流量、堆內(nèi)熱源模擬模塊進(jìn)、出口端溫度，堆外散熱模塊進(jìn)、出口端溫度，從而可以獲得余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)的性能，通過上述性能測試結(jié)果即可以對實(shí)際中核反應(yīng)堆所配置的余熱排出循環(huán)系統(tǒng)在事故時(shí)的性能做出驗(yàn)證。
【專利說明】
一種非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)以及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于核反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系 統(tǒng)以及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 核能是一種清潔、經(jīng)濟(jì)的能源，通常情況下很安全，一旦發(fā)生事故，將是災(zāi)難性的。 為了提高反應(yīng)堆固有安全性，降低事故時(shí)堆芯熔毀概率，第三代核能應(yīng)用引入一種非能動(dòng) 余熱排出循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在無外界動(dòng)力源的情況下，通過回路中建立的自然循環(huán)將堆內(nèi) 的熱量排出，以保證反應(yīng)堆安全。
[0003] 非能動(dòng)余熱排出循環(huán)系統(tǒng)性能受堆內(nèi)熱源與堆外冷源溫差、堆外換熱器散熱功 率、系統(tǒng)管路阻力、堆內(nèi)熱源中心與堆外冷源中心位差等因素影響。目前非能動(dòng)余熱排出循 環(huán)性能研究只有數(shù)值模擬、理論分析，沒有測試系統(tǒng)對其性能進(jìn)行測試驗(yàn)證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)以及 測試方法，該測試系統(tǒng)用于模擬測試核反應(yīng)堆事故時(shí)非能動(dòng)余熱排出循環(huán)系統(tǒng)的性能。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0006] -種非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)，包括余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)、過飽和壓 力系統(tǒng)，其中所述余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)包括堆內(nèi)熱源模擬模塊、堆外散熱模塊，所述堆內(nèi) 熱源模擬模塊、堆外散熱模塊通過管路連通并構(gòu)成循環(huán)測試回路，所述過飽和壓力系統(tǒng)使 得該測試系統(tǒng)內(nèi)壓力超過循環(huán)液體在測試溫度下的飽和蒸汽壓。
[0007] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述堆內(nèi)熱源模擬模塊包括壓力儲(chǔ)罐以及對壓力儲(chǔ)罐內(nèi)液體 進(jìn)行加熱的電加熱器，所述堆外散熱模塊包括換熱器;所述壓力儲(chǔ)罐出口端與所述換熱器 進(jìn)口端連通、所述換熱器出口端與所述壓力儲(chǔ)罐進(jìn)口端連通構(gòu)成所述循環(huán)測試回路;所述 過飽和壓力系統(tǒng)包括穩(wěn)壓罐，所述穩(wěn)壓罐與所述壓力儲(chǔ)罐進(jìn)口端連通。
[0008] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述循環(huán)測試回路由依次連接的左管路、上管路、右管路、下 管路構(gòu)成，其中所述左管路、右管路沿豎直方向布置，所述上管路、下管路沿水平方向布置； 所述壓力儲(chǔ)罐連接于左管路中，所述換熱器連接于右管路中，所述壓力儲(chǔ)罐安裝高度低于 所述換熱器，所述壓力儲(chǔ)罐內(nèi)熱源中心、換熱器散熱中心之間的高度差根據(jù)實(shí)際中反應(yīng)堆 內(nèi)熱源中心與反應(yīng)堆外散熱中心之間的高度差確定。
[0009] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述換熱器為管式換熱器、片式換熱器、板翅式換熱器、管翅 式換熱器中的一種，所述換熱器通過冷水換熱或通過空氣換熱。
[0010]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述左管路上設(shè)有用于測量壓力儲(chǔ)罐進(jìn)口端壓力的第一測壓 元件、用于測量壓力儲(chǔ)罐進(jìn)口端溫度的第一測溫元件、用于測量壓力儲(chǔ)罐出口端壓力的第 二測壓元件、用于測量壓力儲(chǔ)罐出口端溫度的第二測溫元件;所述右管路上設(shè)有用于測量 換熱器進(jìn)口端壓力的第三測壓元件、用于測量換熱器進(jìn)口端溫度的第三測溫元件、用于測 量換熱器出口端壓力的第四測壓元件、用于測量換熱器出口端溫度的第四測溫元件;所述 上管路上設(shè)有第一阻力閥，所述第一阻力閥的進(jìn)口端設(shè)有第五測壓元件，所述第一阻力閥 的出口端設(shè)有第六測壓元件;所述下管路上設(shè)有第二阻力閥、流量閥，所述第二阻力閥的進(jìn) 口端設(shè)有第七測壓元件，所述第二阻力閥的出口端設(shè)有第八測壓元件;所述左管路高位處 設(shè)有第一排氣閥、第一安全閥。
[0011] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述穩(wěn)壓罐與所述壓力儲(chǔ)罐進(jìn)口端之間設(shè)有連通閥，所述穩(wěn) 壓罐進(jìn)口端設(shè)有充液閥，所述穩(wěn)壓罐頂部設(shè)有加壓閥、第二排氣閥、第二安全閥，所述穩(wěn)壓 罐旁側(cè)設(shè)有用于測量穩(wěn)壓罐內(nèi)液位高度的液位計(jì)。
[0012] -種所述的非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)的測試方法，包括以下步驟：
[0013] S1、測試前準(zhǔn)備:打開所述第一排氣閥、連通閥、第一阻力閥、第二阻力閥、第二排 氣閥，通過充液閥給余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)、壓力儲(chǔ)罐進(jìn)行充水，直到水從第一排氣閥、第 二排氣閥處溢出，打開電加熱器給壓力儲(chǔ)罐內(nèi)的水緩慢加熱，使水在循環(huán)測試回路中建立 循環(huán)；同時(shí)監(jiān)測壓力儲(chǔ)罐出口端的溫度，通過調(diào)節(jié)電加熱器的加熱功率控制壓力儲(chǔ)罐出口 端溫度不超過85°c，直到余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)內(nèi)沒有氣體析出為止，在此過程中，繼續(xù)通 過充液閥給余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)補(bǔ)水;接著關(guān)閉第一排氣閥、連通閥、電加熱器，打開充 液閥，使穩(wěn)壓罐內(nèi)的水從充液閥排出部分，再關(guān)閉充液閥、第二排氣閥，打開加壓閥、連通 閥，通過所述加壓閥給測試系統(tǒng)加壓至超過水在測試溫度下的飽和蒸汽壓；
[0014] S2、測試進(jìn)行:打開所述電加熱器給水加熱使得余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)建立循環(huán)， 通過調(diào)節(jié)所述電加熱器的加熱功率使壓力儲(chǔ)罐內(nèi)水溫緩慢上升至設(shè)定的測試溫度，此過程 中需要監(jiān)測測試系統(tǒng)中各測溫點(diǎn)、測壓點(diǎn)的數(shù)值變化，所述測溫點(diǎn)的數(shù)值分別由所述第一 測溫元件、第二測溫元件、第三測溫元件、第四測溫元件測得，所述測壓點(diǎn)的數(shù)值分別由所 述第一測壓元件、第二測壓元件、第三測壓元件、第四測壓元件、第五測壓元件、第六測壓元 件、第七測壓元件、第八測壓元件測得；當(dāng)壓力儲(chǔ)罐內(nèi)水溫達(dá)到測試溫度后，測試系統(tǒng)穩(wěn)定 10分鐘以上，等時(shí)間間隔記錄所述各測溫點(diǎn)、測壓點(diǎn)的數(shù)值以及對應(yīng)循環(huán)液體的體積流量 數(shù)值；
[0015] S3、測試結(jié)束:關(guān)閉電加熱器，第一阻力閥、第二阻力閥全開，保持測試系統(tǒng)中循環(huán) 測試回路暢通，待壓力儲(chǔ)罐內(nèi)水溫降到80°C以下，打開第二排氣閥將測試系統(tǒng)泄壓至常壓， 再打開第一排氣閥，通過充液閥把測試系統(tǒng)內(nèi)水排凈，試驗(yàn)結(jié)束。
[0016] 進(jìn)一步的技術(shù)方案，若需要多個(gè)工況下的測試數(shù)據(jù)則在所述S2步驟的基礎(chǔ)上通過 調(diào)節(jié)第一阻力閥、第二阻力閥的開度，改變循環(huán)測試回路的阻力，待測試系統(tǒng)重新穩(wěn)定10分 鐘以上，等時(shí)間間隔記錄在該工況下各測溫點(diǎn)、測壓點(diǎn)的數(shù)值以及對應(yīng)循環(huán)液體的體積流 量數(shù)值即可。
[0017] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0018] (1)本發(fā)明所述堆內(nèi)熱源模擬模塊用于模擬實(shí)際核反應(yīng)堆內(nèi)的熱源，所述堆內(nèi)熱 源模擬模塊與所述堆外散熱模塊共同構(gòu)成非能動(dòng)余熱排出循環(huán)測試系統(tǒng)，通過監(jiān)測循環(huán)測 試回路中的循環(huán)液體的體積流量、堆內(nèi)熱源模擬模塊進(jìn)、出口端溫度，堆外散熱模塊進(jìn)、出 口端溫度，從而可以獲得余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)的性能，比如:所述堆外散熱模塊的換熱性 能，余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)的自然循環(huán)驅(qū)動(dòng)力P以及在該自然循環(huán)驅(qū)動(dòng)力下P余熱排出循環(huán) 模擬系統(tǒng)能夠克服的循環(huán)阻力A P。所述過飽和壓力系統(tǒng)可以防止所述循環(huán)液體發(fā)生相變 (氣化），確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性。所述測試溫度即為堆內(nèi)熱源溫度。通過上述性能 測試結(jié)果即可以對實(shí)際中核反應(yīng)堆所配置的余熱排出循環(huán)系統(tǒng)在事故時(shí)的性能做出驗(yàn)證。
[0019] (2)本發(fā)明通過電加熱器對所述壓力儲(chǔ)罐內(nèi)的循環(huán)液體進(jìn)行加熱以模擬實(shí)際核反 應(yīng)堆中的熱源，所述循環(huán)液體加熱后經(jīng)所述換熱器進(jìn)行換熱降溫并返回至所述壓力儲(chǔ)罐 內(nèi)。通過對所述穩(wěn)壓罐加壓可以使得整個(gè)測試系統(tǒng)內(nèi)的壓力超過循環(huán)液體(水)在測試溫度 下的飽和蒸汽壓，穩(wěn)壓罐加壓的方式可以是：向穩(wěn)壓罐內(nèi)注入穩(wěn)定性好的高壓氣體，比如氮 氣、空氣等。本發(fā)明測試系統(tǒng)可以在壓力不大于25MPa，循環(huán)液體溫度不高于350°C工況下穩(wěn) 定工作。
[0020] (3)本發(fā)明所述循環(huán)測試回路的設(shè)置方式利于循環(huán)液體在所述循環(huán)測試回路中建 立循環(huán)，并使得測試過程順利進(jìn)行。本發(fā)明中所述循環(huán)液體被加熱后密度減小并向壓力儲(chǔ) 罐上方的出口端運(yùn)動(dòng)至所述換熱器中，再由所述換熱器換熱降溫后循環(huán)返回至所述壓力儲(chǔ) 罐中，所述循環(huán)液體的流動(dòng)無需外加驅(qū)動(dòng)力。
[0021] (4)本發(fā)明為了測量得到所述壓力儲(chǔ)罐、換熱器的進(jìn)口端、出口端的壓力，所述壓 力儲(chǔ)罐、換熱器的進(jìn)口端、出口端的溫度，所述循環(huán)液體的體積流量，相應(yīng)設(shè)置了測壓元件、 測溫元件以及流量計(jì);通過所述第一阻力閥、第二阻力閥可以用于改變整個(gè)循環(huán)測試回路 中的阻力，以便于獲得不同工況下的測試數(shù)據(jù)。
[0022] (5)本發(fā)明所述穩(wěn)壓罐還可以為所述余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)提供循環(huán)液體，所述 循環(huán)液體由所述充液閥進(jìn)入穩(wěn)壓罐，再由所述連通閥進(jìn)入所述余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)。所 述第一排氣閥、第二排氣閥可以在穩(wěn)壓罐、余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)內(nèi)充滿循環(huán)液體時(shí)排出 測試系統(tǒng)內(nèi)的氣體，以及在測試結(jié)束時(shí)為測試系統(tǒng)進(jìn)行泄壓。所述第一安全閥、第二安全閥 用于穩(wěn)定測試系統(tǒng)內(nèi)的壓力，確保測試過程安全。
[0023] (6)本發(fā)明測試方法簡單、易于操作，對應(yīng)用于核反應(yīng)堆中的非能動(dòng)余熱排出循環(huán) 系統(tǒng)性能進(jìn)行了模擬測試驗(yàn)證，為實(shí)際中所述非能動(dòng)余熱排出循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做出了指 導(dǎo)，實(shí)用意義大。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明原理示意圖。
[0025] 圖中標(biāo)記的含義如下：
[0026] 1-穩(wěn)壓罐2-液位計(jì)3-加壓閥4-第二排氣閥5-第二安全閥 [0027] 6-充液閥7-連通閥8-第一測溫元件9-壓力儲(chǔ)罐
[0028] 10-第二測溫元件11-第一測壓元件12-電加熱器
[0029] 13-第二測壓元件14-第一排氣閥15-第一安全閥
[0030] 16-第五測壓元件17-第一阻力閥18-第六測壓元件
[0031] 19-第三測壓元件20-換熱器21-第四測壓元件22-第三測溫元件
[0032] 23-第四測溫元件24-流量閥25-第二阻力閥26-第七測壓元件
[0033] 27-第八測壓元件
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明技術(shù)方案做出更為具體的說明：
[0035] 實(shí)施例1
[0036] 如圖1所示，非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)包括余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)、過飽 和壓力系統(tǒng)，其中所述余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)包括堆內(nèi)熱源模擬模塊、堆外散熱模塊，所述 堆內(nèi)熱源模擬模塊、堆外散熱模塊通過管路連通并構(gòu)成循環(huán)測試回路，所述過飽和壓力系 統(tǒng)使得該測試系統(tǒng)內(nèi)壓力超過循環(huán)液體在測試溫度下的飽和蒸汽壓。本發(fā)明所述堆內(nèi)熱源 模擬模塊用于模擬實(shí)際核反應(yīng)堆內(nèi)的熱源，所述堆內(nèi)熱源模擬模塊與所述堆外散熱模塊共 同構(gòu)成非能動(dòng)余熱排出循環(huán)測試系統(tǒng)，通過監(jiān)測循環(huán)測試回路中的循環(huán)液體的體積流量、 堆內(nèi)熱源模擬模塊進(jìn)、出口端溫度，堆外散熱模塊進(jìn)、出口端溫度，從而可以獲得余熱排出 循環(huán)模擬系統(tǒng)的性能，比如:所述堆外散熱模塊的換熱性能，余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)的自然 循環(huán)驅(qū)動(dòng)力P以及在該自然循環(huán)驅(qū)動(dòng)力下P余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)能夠克服的循環(huán)阻力A P。所述過飽和壓力系統(tǒng)可以防止所述循環(huán)液體發(fā)生相變(氣化），確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性、 可靠性。通過上述性能測試結(jié)果即可以對實(shí)際中核反應(yīng)堆所配置的余熱排出循環(huán)系統(tǒng)在事 故時(shí)的性能做出驗(yàn)證。
[0037]所述堆內(nèi)熱源模擬模塊包括壓力儲(chǔ)罐9以及對壓力儲(chǔ)罐9內(nèi)液體進(jìn)行加熱的電加 熱器12,所述堆外散熱模塊包括換熱器20;所述壓力儲(chǔ)罐9出口端與所述換熱器20進(jìn)口端連 通、所述換熱器20出口端與所述壓力儲(chǔ)罐9進(jìn)口端連通構(gòu)成所述循環(huán)測試回路;所述過飽和 壓力系統(tǒng)包括穩(wěn)壓罐1，所述穩(wěn)壓罐1與所述壓力儲(chǔ)罐9進(jìn)口端連通。本發(fā)明通過電加熱器12 對所述壓力儲(chǔ)罐9內(nèi)的循環(huán)液體進(jìn)行加熱以模擬實(shí)際核反應(yīng)堆中的熱源，所述循環(huán)液體加 熱后經(jīng)所述換熱器20進(jìn)行換熱降溫并返回至所述壓力儲(chǔ)罐9內(nèi)。通過對所述穩(wěn)壓罐1加壓可 以使得整個(gè)測試系統(tǒng)內(nèi)的壓力超過循環(huán)液體(水)在測試溫度下的飽和蒸汽壓，穩(wěn)壓罐1加 壓的方式可以是：向穩(wěn)壓罐1內(nèi)注入穩(wěn)定性好的高壓氣體，比如氮?dú)狻⒖諝獾?。本發(fā)明測試系 統(tǒng)可以在壓力不大于25MPa，循環(huán)液體溫度不高于350°C工況下穩(wěn)定工作。
[0038]所述循環(huán)測試回路由依次連接的左管路、上管路、右管路、下管路構(gòu)成，其中所述 左管路、右管路沿豎直方向布置，所述上管路、下管路沿水平方向布置;所述壓力儲(chǔ)罐9連接 于左管路中，所述換熱器20連接于右管路中，所述壓力儲(chǔ)罐9安裝高度低于所述換熱器20， 所述壓力儲(chǔ)罐9內(nèi)熱源中心、換熱器20散熱中心之間的高度差根據(jù)實(shí)際中反應(yīng)堆內(nèi)熱源中 心與反應(yīng)堆外散熱中心之間的高度差確定。本發(fā)明所述循環(huán)測試回路的設(shè)置方式利于循環(huán) 液體在所述循環(huán)測試回路中建立循環(huán)，并使得測試過程順利進(jìn)行。本發(fā)明中所述循環(huán)液體 被加熱后密度減小并向壓力儲(chǔ)罐9上方的出口端運(yùn)動(dòng)至所述換熱器20中，再由所述換熱器 20換熱降溫后循環(huán)返回至所述壓力儲(chǔ)罐9中，所述循環(huán)液體的流動(dòng)無需外加驅(qū)動(dòng)力。
[0039]所述換熱器20為管式換熱器、片式換熱器、板翅式換熱器、管翅式換熱器中的一 種，所述換熱器20通過冷水換熱或通過空氣換熱。
[0040]所述左管路上設(shè)有用于測量壓力儲(chǔ)罐9進(jìn)口端壓力的第一測壓元件11、用于測量 壓力儲(chǔ)罐9進(jìn)口端溫度的第一測溫元件8、用于測量壓力儲(chǔ)罐9出口端壓力的第二測壓元件 13、用于測量壓力儲(chǔ)罐9出口端溫度的第二測溫元件10;所述右管路上設(shè)有用于測量換熱器 20進(jìn)口端壓力的第三測壓元件19、用于測量換熱器20進(jìn)口端溫度的第三測溫元件22、用于 測量換熱器20出口端壓力的第四測壓元件21、用于測量換熱器20出口端溫度的第四測溫元 件23;所述上管路上設(shè)有第一阻力閥17,所述第一阻力閥17的進(jìn)口端設(shè)有第五測壓元件16， 所述第一阻力閥17的出口端設(shè)有第六測壓元件18;所述下管路上設(shè)有第二阻力閥25、流量 閥24,所述第二阻力閥25的進(jìn)口端設(shè)有第七測壓元件26,所述第二阻力閥25的出口端設(shè)有 第八測壓元件27;所述左管路高位處設(shè)有第一排氣閥14、第一安全閥15。本發(fā)明為了測量得 到所述壓力儲(chǔ)罐9、換熱器20的進(jìn)口端、出口端的壓力，所述壓力儲(chǔ)罐9、換熱器20的進(jìn)口端、 出口端的溫度，所述循環(huán)液體的體積流量，相應(yīng)設(shè)置了測壓元件、測溫元件以及流量計(jì)24; 通過所述第一阻力閥17、第二阻力閥25可以用于改變整個(gè)循環(huán)測試回路中的阻力，以便于 獲得不同工況下的測試數(shù)據(jù)。
[0041]所述穩(wěn)壓罐1與所述壓力儲(chǔ)罐9進(jìn)口端之間設(shè)有連通閥7,所述穩(wěn)壓罐1進(jìn)口端設(shè)有 充液閥6,所述穩(wěn)壓罐1頂部設(shè)有加壓閥3、第二排氣閥4、第二安全閥5,所述穩(wěn)壓罐1旁側(cè)設(shè) 有用于測量穩(wěn)壓罐1內(nèi)液位高度的液位計(jì)2。本發(fā)明所述穩(wěn)壓罐1還可以為所述余熱排出循 環(huán)模擬系統(tǒng)提供循環(huán)液體，所述循環(huán)液體由所述充液閥6進(jìn)入穩(wěn)壓罐1，再由所述連通閥7進(jìn) 入所述余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)。所述第一排氣閥14、第二排氣閥4可以在穩(wěn)壓罐1、余熱排出 循環(huán)模擬系統(tǒng)內(nèi)充滿循環(huán)液體時(shí)排出測試系統(tǒng)內(nèi)的氣體，以及在測試結(jié)束時(shí)為測試系統(tǒng)進(jìn) 行泄壓。所述第一安全閥15、第二安全閥5用于穩(wěn)定測試系統(tǒng)內(nèi)的壓力，確保測試過程安全。 [0042] 實(shí)施例2
[0043]所述的非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)的測試方法，包括以下步驟：
[0044] S1、測試前準(zhǔn)備:打開所述第一排氣閥14、連通閥7、第一阻力閥17、第二阻力閥25、 第二排氣閥4,通過充液閥6給余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)、壓力儲(chǔ)罐1進(jìn)行充水，直到水從第一 排氣閥14、第二排氣閥4處溢出，打開電加熱器12給壓力儲(chǔ)罐9內(nèi)的水緩慢加熱，使水在循環(huán) 測試回路中建立循環(huán)；同時(shí)監(jiān)測壓力儲(chǔ)罐9出口端的溫度，通過調(diào)節(jié)電加熱器12的加熱功率 控制壓力儲(chǔ)罐9出口端溫度不超過85°C，直到余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)內(nèi)沒有氣體析出為止， 在此過程中，繼續(xù)通過充液閥6給余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)補(bǔ)水;接著關(guān)閉第一排氣閥14、連 通閥7、電加熱器12，打開充液閥6，使穩(wěn)壓罐1內(nèi)的水從充液閥6排出部分，再關(guān)閉充液閥6、 第二排氣閥4,打開加壓閥3、連通閥7,通過所述加壓閥3給測試系統(tǒng)加壓至超過水在測試溫 度下的飽和蒸汽壓；
[0045] S2、測試進(jìn)行:打開所述電加熱器12給水加熱使得余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)建立循 環(huán)，通過調(diào)節(jié)所述電加熱器12的加熱功率使壓力儲(chǔ)罐9內(nèi)水溫緩慢上升至設(shè)定的測試溫度， 此過程中需要監(jiān)測測試系統(tǒng)中各測溫點(diǎn)、測壓點(diǎn)的數(shù)值變化，所述測溫點(diǎn)的數(shù)值分別由所 述第一測溫元件8、第二測溫元件10、第三測溫元件22、第四測溫元件23測得，所述測壓點(diǎn)的 數(shù)值分別由所述第一測壓元件11、第二測壓元件13、第三測壓元件19、第四測壓元件21、第 五測壓元件16、第六測壓元件18、第七測壓元件26、第八測壓元件27測得；當(dāng)壓力儲(chǔ)罐9內(nèi)水 溫達(dá)到測試溫度后，測試系統(tǒng)穩(wěn)定10分鐘以上，等時(shí)間間隔記錄所述各測溫點(diǎn)、測壓點(diǎn)的數(shù) 值以及對應(yīng)循環(huán)液體的體積流量數(shù)值；
[0046] S3、測試結(jié)束:關(guān)閉電加熱器12,第一阻力閥17、第二阻力閥25全開，保持測試系統(tǒng) 中循環(huán)測試回路暢通，待壓力儲(chǔ)罐9內(nèi)水溫降到80°C以下，打開第二排氣閥4將測試系統(tǒng)泄 壓至常壓，再打開第一排氣閥14,通過充液閥6把測試系統(tǒng)內(nèi)水排凈，試驗(yàn)結(jié)束。
[0047] 若需要多個(gè)工況下的測試數(shù)據(jù)則在所述S2步驟的基礎(chǔ)上通過調(diào)節(jié)第一阻力閥17、 第二阻力閥25的開度，改變循環(huán)測試回路的阻力，待測試系統(tǒng)重新穩(wěn)定10分鐘以上，等時(shí)間 間隔記錄在該工況下各測溫點(diǎn)、測壓點(diǎn)的數(shù)值以及對應(yīng)循環(huán)液體的體積流量數(shù)值即可。
[0048] 所述堆外散熱模塊的換熱性能可以利用下述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，具體計(jì)算過程：
[0049] Q = CpcVPc(tci-tc〇)/3600
[0050] Q:總放熱量，單位:KW
[00511 Cpc :測試系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)液體比熱，單位:KJ/kgK
[0052] V:循環(huán)測試回路中循環(huán)液體的體積流量，單位:m3/h
[0053] F。:堆外散熱模塊中心液體密度，單位:kg/m3
[0054] Tci:換熱器進(jìn)口端溫度，單位:K
[0055] Τ。。:換熱器出口端溫度，單位:Κ
[0056] 通過測試系統(tǒng)得到所述￥、1^工。的測試數(shù)值，代入上述計(jì)算公式即可以得到所述 換熱器的換熱性能，也可以用于評價(jià)測試系統(tǒng)的放熱性能。
[0057]所述測試系統(tǒng)的循環(huán)性能評價(jià):通過測量得到堆內(nèi)熱源模擬模塊內(nèi)熱源中心液體 密度、堆外散熱模塊散熱中心液體密度以及所述熱源中心與散熱中心高度差ΛΗ，得到自然 循環(huán)驅(qū)動(dòng)力Ρ，以及在該自然循環(huán)驅(qū)動(dòng)力下Ρ作用下，余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)能夠克服的循 環(huán)阻力ΛΡ及產(chǎn)生的流量V。
[0058]所述堆內(nèi)熱源模擬模塊內(nèi)熱源中心液體密度獲得：
[0059] 測量堆內(nèi)熱源模擬模塊進(jìn)出口端溫度thl、th。，求得平均溫度thm，通過平均溫度t hm 得到對應(yīng)的密度Ph。
[0060] thi:堆內(nèi)熱源模擬模塊進(jìn)口端溫度，單位:K
[0061 ] th。:堆內(nèi)熱源模擬模塊出口端溫度，單位:K
[0062 ] thm:堆內(nèi)熱源模擬模塊內(nèi)熱源平均溫度，單位:K
[0064] ph:堆內(nèi)熱源模擬模塊內(nèi)熱源中心液體密度，單位:kg/m3
[0065] 所述堆外散熱模塊散熱中心液體密度獲得：
[0066] 測量堆外散熱模塊進(jìn)出口端溫度tcl、tc。，求得平均溫度t?，通過平均溫度得到 對應(yīng)的密度P。。
[0067] tcl:堆外散熱模塊進(jìn)口端溫度，單位:K
[0068] tc。:堆外散熱模塊出口溫度，單位:K
[0069] t?:堆外散熱模塊平均溫度，單位:K
[0071 ] P。:堆外散熱模塊中心液體密度，單位:kg/m3
[0072] 自然循環(huán)驅(qū)動(dòng)力P:
[0073] P= (Pc-Ph)gAH
[0074] P:自然循環(huán)驅(qū)動(dòng)力，單位:KPa
[0075] 所述循環(huán)阻力 AP = APh+APc+APfi+APf2
[0076] 其中：
[0077] Δ P:循環(huán)液體在余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力，單位:KPa
[0078] Δ Ph:循環(huán)液體流過堆內(nèi)熱源模擬模塊時(shí)產(chǎn)生的阻力，單位:KPa
[0079] ΔΡ c:循環(huán)液體流過堆外散熱模塊時(shí)產(chǎn)生的阻力，單位:KPa
[0080] a Pfl:循環(huán)液體流過第一阻力閥時(shí)的阻力，單位:KPa
[0081 ] A Pf2:循環(huán)液體流過第二阻力閥時(shí)的阻力，單位:KPa
[0082]通過堆內(nèi)熱源模擬模塊進(jìn)口端、出口端之間的壓差計(jì)算得到所述APh;通過堆外 散熱模塊進(jìn)口端、出口端之間的壓差計(jì)算得到所述A P。;通過第一阻力閥進(jìn)口端、出口端 之間的壓差計(jì)算得到所述A Pfl;通過所述第二阻力閥進(jìn)口端、出口端之間的壓差計(jì)算得到 所述Δ Pf 2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)，其特征在于:包括余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)、 過飽和壓力系統(tǒng)，其中所述余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)包括堆內(nèi)熱源模擬模塊、堆外散熱模塊， 所述堆內(nèi)熱源模擬模塊、堆外散熱模塊通過管路連通并構(gòu)成循環(huán)測試回路，所述過飽和壓 力系統(tǒng)使得該測試系統(tǒng)內(nèi)壓力超過循環(huán)液體在測試溫度下的飽和蒸汽壓。2. 如權(quán)利要求1所述的非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)，其特征在于:所述堆內(nèi)熱源 模擬模塊包括壓力儲(chǔ)罐(9)以及對壓力儲(chǔ)罐(9)內(nèi)液體進(jìn)行加熱的電加熱器(12)，所述堆外 散熱模塊包括換熱器(20);所述壓力儲(chǔ)罐(9)出口端與所述換熱器(20)進(jìn)口端連通、所述換 熱器(20)出口端與所述壓力儲(chǔ)罐(9)進(jìn)口端連通構(gòu)成所述循環(huán)測試回路;所述過飽和壓力 系統(tǒng)包括穩(wěn)壓罐(1)，所述穩(wěn)壓罐(1)與所述壓力儲(chǔ)罐(9)進(jìn)口端連通。3. 如權(quán)利要求2所述的非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)，其特征在于:所述循環(huán)測試 回路由依次連接的左管路、上管路、右管路、下管路構(gòu)成，其中所述左管路、右管路沿豎直方 向布置，所述上管路、下管路沿水平方向布置;所述壓力儲(chǔ)罐(9)連接于左管路中，所述換熱 器(20)連接于右管路中，所述壓力儲(chǔ)罐(9)安裝高度低于所述換熱器(20)，所述壓力儲(chǔ)罐 (9)內(nèi)熱源中心、換熱器(20)散熱中心之間的高度差根據(jù)實(shí)際中反應(yīng)堆內(nèi)熱源中心與反應(yīng) 堆外散熱中心之間的高度差確定。4. 如權(quán)利要求2所述的非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)，其特征在于：所述換熱器 (20)為管式換熱器、片式換熱器、板翅式換熱器、管翅式換熱器中的一種，所述換熱器(20) 通過冷水換熱或通過空氣換熱。5. 如權(quán)利要求3所述的非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)，其特征在于:所述左管路上 設(shè)有用于測量壓力儲(chǔ)罐(9)進(jìn)口端壓力的第一測壓元件（11)、用于測量壓力儲(chǔ)罐(9)進(jìn)口端 溫度的第一測溫元件(8)、用于測量壓力儲(chǔ)罐(9)出口端壓力的第二測壓元件（13)、用于測 量壓力儲(chǔ)罐(9)出口端溫度的第二測溫元件（10);所述右管路上設(shè)有用于測量換熱器(20) 進(jìn)口端壓力的第三測壓元件（19)、用于測量換熱器(20)進(jìn)口端溫度的第三測溫元件(22)、 用于測量換熱器(20)出口端壓力的第四測壓元件(21)、用于測量換熱器(20)出口端溫度的 第四測溫元件(23);所述上管路上設(shè)有第一阻力閥（17)，所述第一阻力閥（17)的進(jìn)口端設(shè) 有第五測壓元件（16)，所述第一阻力閥（17)的出口端設(shè)有第六測壓元件（18);所述下管路 上設(shè)有第二阻力閥（25)、流量閥（24)，所述第二阻力閥（25)的進(jìn)口端設(shè)有第七測壓元件 (26)，所述第二阻力閥（25)的出口端設(shè)有第八測壓元件(27);所述左管路高位處設(shè)有第一 排氣閥（14)、第一安全閥（15)。6. 如權(quán)利要求4所述的非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)，其特征在于：所述穩(wěn)壓罐 (1)與所述壓力儲(chǔ)罐(9)進(jìn)口端之間設(shè)有連通閥（7)，所述穩(wěn)壓罐(1)進(jìn)口端設(shè)有充液閥(6)， 所述穩(wěn)壓罐（1)頂部設(shè)有加壓閥（3)、第二排氣閥（4)、第二安全閥（5)，所述穩(wěn)壓罐（1)旁側(cè) 設(shè)有用于測量穩(wěn)壓罐(1)內(nèi)液位高度的液位計(jì)(2)。7. -種如權(quán)利要求6所述的非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)的測試方法，包括以下 步驟： S1、測試前準(zhǔn)備:打開所述第一排氣閥（14)、連通閥（7)、第一阻力閥（17)、第二阻力閥 (25)、第二排氣閥(4)，通過充液閥(6)給余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)、壓力儲(chǔ)罐（1)進(jìn)行充水，直 到水從第一排氣閥（14)、第二排氣閥（4)處溢出，打開電加熱器（12)給壓力儲(chǔ)罐(9)內(nèi)的水 緩慢加熱，使水在循環(huán)測試回路中建立循環(huán)；同時(shí)監(jiān)測壓力儲(chǔ)罐(9)出口端的溫度，通過調(diào) 節(jié)電加熱器（12)的加熱功率控制壓力儲(chǔ)罐(9)出口端溫度不超過85°C，直到余熱排出循環(huán) 模擬系統(tǒng)內(nèi)沒有氣體析出為止，在此過程中，繼續(xù)通過充液閥(6)給余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng) 補(bǔ)水;接著關(guān)閉第一排氣閥（14)、連通閥（7)、電加熱器（12)，打開充液閥（6)，使穩(wěn)壓罐（1) 內(nèi)的水從充液閥（6)排出部分，再關(guān)閉充液閥（6 )、第二排氣閥（4 )，打開加壓閥（3 )、連通閥 (7)，通過所述加壓閥（3)給測試系統(tǒng)加壓至超過水在測試溫度下的飽和蒸汽壓； 52、 測試進(jìn)行:打開所述電加熱器（12)給水加熱使得余熱排出循環(huán)模擬系統(tǒng)建立循環(huán)， 通過調(diào)節(jié)所述電加熱器（12)的加熱功率使壓力儲(chǔ)罐（9)內(nèi)水溫緩慢上升至設(shè)定的測試溫 度，此過程中需要監(jiān)測測試系統(tǒng)中各測溫點(diǎn)、測壓點(diǎn)的數(shù)值變化，所述測溫點(diǎn)的數(shù)值分別由 所述第一測溫元件(8)、第二測溫元件（10)、第三測溫元件(22)、第四測溫元件(23)測得，所 述測壓點(diǎn)的數(shù)值分別由所述第一測壓元件（11)、第二測壓元件（13)、第三測壓元件（19)、第 四測壓元件（21)、第五測壓元件（16)、第六測壓元件（18)、第七測壓元件（26)、第八測壓元 件(27)測得；當(dāng)壓力儲(chǔ)罐(9)內(nèi)水溫達(dá)到測試溫度后，測試系統(tǒng)穩(wěn)定10分鐘以上，等時(shí)間間 隔記錄所述各測溫點(diǎn)、測壓點(diǎn)的數(shù)值以及對應(yīng)循環(huán)液體的體積流量數(shù)值； 53、 測試結(jié)束:關(guān)閉電加熱器（12)，第一阻力閥（17)、第二阻力閥（25)全開，保持測試系 統(tǒng)中循環(huán)測試回路暢通，待壓力儲(chǔ)罐(9)內(nèi)水溫降到80°C以下，打開第二排氣閥（4)將測試 系統(tǒng)泄壓至常壓，再打開第一排氣閥（14)，通過充液閥(6)把測試系統(tǒng)內(nèi)水排凈，試驗(yàn)結(jié)束。8.如權(quán)利要求7所述的非能動(dòng)余熱排出循環(huán)性能測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在于:若 需要多個(gè)工況下的測試數(shù)據(jù)則在所述S2步驟的基礎(chǔ)上通過調(diào)節(jié)第一阻力閥（17)、第二阻力 閥（25)的開度，改變循環(huán)測試回路的阻力，待測試系統(tǒng)重新穩(wěn)定10分鐘以上，等時(shí)間間隔記 錄在該工況下各測溫點(diǎn)、測壓點(diǎn)的數(shù)值以及對應(yīng)循環(huán)液體的體積流量數(shù)值即可。
【文檔編號(hào)】G21C17/02GK106024079SQ201610624091
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月2日
【發(fā)明人】陳永東, 倪利剛, 吳曉紅, 于改革, 劉孝根
【申請人】合肥通用機(jī)械研究院