一種臨界流穩(wěn)態(tài)試驗系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于核工業(yè)技術領域，具體涉及一種臨界流穩(wěn)態(tài)試驗系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]壓水堆運行在高溫高壓條件下，破口失水事故(LOCA)被列為反應堆的設計基準事故。在破口處，高溫高壓流體經(jīng)受急劇降壓和汽化，流動出現(xiàn)壅塞現(xiàn)象，即臨界流動現(xiàn)象。此時的流動特性決定著系統(tǒng)冷卻劑的質量和能量喪失速率，進而強烈地影響著系統(tǒng)壓力、堆芯冷卻劑溫度和燃料包殼溫度的變化規(guī)律，從而對事故后果起重要作用。因此，臨界流試驗數(shù)據(jù)是核反應堆安全分析程序開發(fā)的重要基礎，對反應堆設計和安全分析均起重要作用，這就需要開展臨界流試驗。
[0003]臨界流試驗可分為瞬態(tài)試驗和穩(wěn)態(tài)試驗兩種。瞬態(tài)試驗大致模擬反應堆發(fā)生破口時的現(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，限于儀表響應等原因無法準確測量，且試驗過程中試驗段進口參數(shù)不受控，僅取決于初始條件；而穩(wěn)態(tài)試驗則通過一定的技術手段，使臨界流動現(xiàn)象穩(wěn)定以方便測量，并有效地控制試驗段進口參數(shù)，從而獲得準確、可靠、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種臨界流穩(wěn)態(tài)試驗系統(tǒng)，在穩(wěn)定的流動情況下研宄臨界流動特性，從而得到大量系統(tǒng)的、可靠的以及準確的臨界流試驗數(shù)據(jù)，為分析反應堆破口事故提供試驗依據(jù)，為建立和評價臨界流量計算模型提供必要依據(jù)，也是核反應堆安全分析程序開發(fā)的重要基礎。
[0005]為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案是:提供一種臨界流穩(wěn)態(tài)試驗系統(tǒng)，包括供水設備、與所述供水設備相連通的穩(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段；所述加熱器上設有用于調節(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有用于調節(jié)試驗段入口壓力的調節(jié)閥。
[0006]進一步，還包括冷卻裝置，所述冷卻裝置的一端與所述試驗段的出口端相連通，所述冷卻裝置的另一端與所述供水設備相連通。
[0007]進一步，所述加熱器進口端設有數(shù)據(jù)采集模塊，該數(shù)據(jù)采集模塊能夠實時采集加熱器進口的溫度T03和流量R)1。
[0008]進一步，該試驗系統(tǒng)對于過冷工況下，加熱器的功率應采用下列公式進行計算:
[0009]P= (h(Pset，Tset)_h(Pset，T03)) XFOl
[0010]P:為加熱器功率；
[0011]Pset:為加熱器預定的壓力；
[0012]Tset:為加熱器預定的溫度；
[0013]h(Pset，T03):為加熱器進口的焓；
[0014]h(Pset，Tset):為加熱器出口的焓；
[0015]R)1:為加熱器進口流量。
[0016]進一步，該試驗系統(tǒng)對于飽和工況下，加熱器的功率應采用下列公式進行計算:
[0017]P= (h(Pset, Xset)-h (Pset, T03)) XFOl
[0018]P:為加熱器功率；
[0019]Pset:為加熱器預定的壓力；
[0020]Xset:為加熱器預定的含汽率；
[0021]h(Pset，T03):為加熱器進口的焓；
[0022]h (Pset, Tset):為加熱器出口的焓；
[0023]R)1:為加熱器進口流量。
[0024]進一步，所述穩(wěn)壓器和加熱器之間的連接管線上設有流量計，當系統(tǒng)達到穩(wěn)定后，該流量計用于測量加熱器前的冷態(tài)補水流量。
[0025]進一步，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]進一步，所述冷卻裝置上設有冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。
[0027]進一步，所述供水設備包括柱塞泵和與所述柱塞泵相連通的水箱。
[0028]進一步，所述柱塞泵的出口管線與水箱之間設有旁通管線，該旁通管線用于將主路多余的補水量流回水箱。
[0029]本發(fā)明的有益技術效果在于:
[0030]本發(fā)明提供的試驗系統(tǒng)，通過在加熱器上設有功率控制模塊，可根據(jù)不同的工況調整功率的大小，可以控制試驗段進口的溫度；通過在加熱器與穩(wěn)壓器之間設有調節(jié)閥以及旁通管線上設有調節(jié)閥，可以調節(jié)試驗段入口的壓力；由此，本發(fā)明通過設有功率控制模塊和調節(jié)閥，確保試驗段前的溫度和壓力穩(wěn)定，實現(xiàn)臨界流的穩(wěn)態(tài)試驗；從而獲得可靠的、準確的試驗數(shù)據(jù)，為分析反應堆破口事故提供了可靠的試驗依據(jù)，同時為核反應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)試驗系統(tǒng)的結構示意圖；
[0032]圖2為試驗中的溫度變化曲線；
[0033]圖3為試驗中的壓力變化曲線；
[0034]圖4為計算得到的所需加熱功率隨試驗段進口溫度變化曲線；
[0035]圖5為功率自動控制情況下的溫度穩(wěn)定曲線；
[0036]圖6功率自動控制程序框圖；
[0037]圖7 13MPa時功率自動控制下溫度穩(wěn)定曲線；
[0038]圖8 16MPa時功率自動控制下溫度穩(wěn)定曲線。
[0039]圖中:
[0040]1-柱塞泵2-穩(wěn)壓器3-加熱器 4-試驗段
[0041]5-冷凝器6-熱交換器7-水箱8-流量計
[0042]9-氣壓瓶10-調節(jié)閥11-隔離閥 12-安全閥
【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的描述。
[0044]本試驗是模擬反應堆發(fā)生破口時的現(xiàn)象，設置的一套模擬試驗系統(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，要想使試驗段前的壓力穩(wěn)定，必須在試驗過程中持續(xù)補水，并確保補水量等于噴放量；由于新補入系統(tǒng)的水溫度很低，為保證試驗段前溫度穩(wěn)定，還需使新補入系統(tǒng)的水通過加熱器加熱，并確保加熱至預定溫度或預定含汽率，才能夠實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)試驗。
[0045]基于此原理，本發(fā)明提供了一套臨界流穩(wěn)態(tài)試驗系統(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上均設有安全閥12，保證系統(tǒng)的安全。由此，整個系統(tǒng)形成一個回路系統(tǒng)。
[0046]為了能夠保證試驗段入口的溫度，加熱器3上設有功率控制模塊；為了保證試驗段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有調節(jié)閥10 ;為了能夠測量加熱器3前的冷態(tài)補水流量，在穩(wěn)壓器2與加熱器3之間的連接管線上還設有流量計8。
[0047]為了能夠實時監(jiān)測到加熱器進口的溫度和流量，在加熱器進口設有數(shù)據(jù)采集模塊。
[0048]本試驗采用去離子水，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有隔咼閥11。
[0049]回路依靠柱塞泵I驅動，可使水從常壓升高到試驗壓力；柱塞泵I具有流量恒定的特性，而主回路所需要的補水量應等于試驗段4噴放流量，二者之差可通過旁通閥流回水箱；穩(wěn)壓器2可補償回路壓力變化，減小系統(tǒng)壓力的變化速度和波動幅度，同時還起到平穩(wěn)流量的作用，使柱塞泵I的脈動流量轉變?yōu)榫鶆蚍€(wěn)定的流量；加熱器3功率通過設有功率控制模塊，可在很大的范圍內連續(xù)可調，以確?？梢詫⒎€(wěn)壓器2流出的常溫水加熱至試驗溫度(或含汽率)；試驗段4用于模擬反應堆破口 ；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。當系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)后，通過流量計8測量加熱器3前的冷態(tài)補水流量，即可得到該工況下的臨界流量。
[0050]由此，本試驗的關鍵技術在于如何實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)，即如何將系統(tǒng)調節(jié)至穩(wěn)定。根據(jù)試驗原理，達到穩(wěn)態(tài)必須確保補水量等于噴放量，且補入系統(tǒng)的水經(jīng)過加熱器3后恰好加熱至預定溫度(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時調整。
[0051]實踐證明:當試驗段4進口溫度較低時，實時調整加熱功率是可行的；但當試驗段4進口溫度較高時，實時調整加熱功率的方式很難達到穩(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，為試驗過程中2000s長的一段時間內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，隨著試驗段4進口溫度的升高，臨界流量會下降；而加熱器3進出口焓差會增大；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