基于反應(yīng)堆第4級(jí)降壓系統(tǒng)t型管夾帶試驗(yàn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及蒸汽水兩相流熱工水力試驗(yàn)研究領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于核電廠反應(yīng) 堆第4級(jí)自動(dòng)降壓系統(tǒng)(ADS-4)的T型管夾帶試驗(yàn)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在APlOOO中，自動(dòng)降壓系統(tǒng)（Automatic Depressurization System,ADS)共分為 四級(jí)，其功能是W可控的方式降低事故期間反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力W便進(jìn)行安注。其中， ADS-1/2/3級(jí)降壓管線各兩套，并聯(lián)成兩組與穩(wěn)壓器頂部接管連接，出口處通過(guò)同一個(gè)降壓 管線與IRWsT中噴灑器相連;兩條ADS-4降壓系統(tǒng)管線則分別連接在反應(yīng)堆兩環(huán)路中熱管段 的頂部，出口直接通入蒸汽發(fā)生器間隔。反應(yīng)堆事故發(fā)生后，ADS四級(jí)降壓系統(tǒng)根據(jù)堆忍補(bǔ) 水箱(CMT)水位情況依次開(kāi)啟。其中，第2、3級(jí)降壓系統(tǒng)需在前一級(jí)降壓系統(tǒng)開(kāi)啟后延遲一 定時(shí)間后才可開(kāi)啟，第4級(jí)降壓系統(tǒng)在前=級(jí)降壓系統(tǒng)全部開(kāi)啟后且壓力降低到一定程度 時(shí)開(kāi)啟。ADS-4閥口打開(kāi)后，反應(yīng)堆一回路通過(guò)ADS-4管路向蒸汽發(fā)生器所在隔間噴放泄壓。 ADS-4降壓系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，ADS-4接管進(jìn)出口的壓差引發(fā)蒸汽裹挾著水平熱管段液相流體中部 分液相進(jìn)入豎直向上的ADS-4管段，運(yùn)種現(xiàn)象稱(chēng)作液相夾帶。液相夾帶發(fā)生時(shí)，回路中液相 被蒸汽夾帶如ADS-4管線并最終排放至安全殼環(huán)境中。被夾帶出的液量直接影響一回路中 液體裝量的多少，與堆忍裸露程度息息相關(guān)。因此，對(duì)于液體夾帶量的研究是十分必要的。
[0003] 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外針對(duì)反應(yīng)堆為背景的ADS-4的T型管夾帶的研究還很不充分，無(wú)法掌 握液相夾帶的相關(guān)規(guī)律。已有的夾帶實(shí)驗(yàn)也往往存在不足，無(wú)法反映反應(yīng)堆中的真實(shí)情況。 商用軟件RELAP5中采用的夾帶模型就存在明顯缺陷，嚴(yán)重低估了T型管夾帶時(shí)的液體夾帶 量，從而不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)堆忍裸露的嚴(yán)重工況。
[0004] 在國(guó)內(nèi)外的液相夾帶研究中，Smoglie、Reimann等人（C. Smoglie ,J.Reimainn, two-phase flow through small branches in a horizontal pipe with stratified flow ,int.J. multiphase flow[J].Vol.l2,No.4,PP.609-625,1986；C.Smoglie, J.Reimainn,U.m加 or,two phase flow through small branches in a horizontal pipe with stratified flow[J]. Nuclear Engineering and Design ,99(1987)117-130; C.Smoglie, two phase flow through small branches in a horizontal pipe with stratified flow[J] .KFK3861, (Dec. 1984))采用空氣/水為工質(zhì)，使用不同內(nèi)徑的支管進(jìn) 行試驗(yàn)，根據(jù)所得數(shù)據(jù)總結(jié)了夾帶起始和夾帶率公式。但本試驗(yàn)中采用的支管直徑與主管 直徑的比值(d/D)均不到0.2,與真實(shí)反應(yīng)堆中0.58的比值相差較遠(yuǎn)，無(wú)法模擬反應(yīng)堆中真 實(shí)情況。此外，此試驗(yàn)只設(shè)及分層流流動(dòng)，不適用于反應(yīng)堆中真實(shí)的環(huán)狀流、間歇流等流型。
[0005] 此外，除了Schrock等人的夾帶研究使用了蒸汽/水為工質(zhì)外，其余人的研究均是 采用空氣/水為工質(zhì)的。運(yùn)并不符合反應(yīng)堆內(nèi)的實(shí)際情況。
[0006] 目前針對(duì)ADS-4的模擬實(shí)驗(yàn)主要有APEX，VAPORE，S陽(yáng)S-2和ATLATS。APEX，VAPORE均 為綜合型實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，研究更多的整體效應(yīng)，缺乏對(duì)夾帶機(jī)理的單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究。ATLATS實(shí)驗(yàn)裝 置WAP600為原型，得到了夾帶起始和穩(wěn)態(tài)夾帶率經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。但該實(shí)驗(yàn)偏向于工程化研 究，目前對(duì)于大尺寸支管的機(jī)理化研究還很不足。
[0007]肖全安、朱瑞安（肖全安，朱瑞安，水平T型管中氣水兩相流體的分配特性研究[J]， 核動(dòng)力工程，￥〇1.14，齡.5,0(：*.1993)1'型管夾帶實(shí)驗(yàn)中使用的試驗(yàn)臺(tái)架只能進(jìn)行空氣/水 為工質(zhì)的夾帶實(shí)驗(yàn)，與反應(yīng)堆中真實(shí)工程情況相差甚遠(yuǎn)。
[000引在中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第CN103594128A號(hào)中，同樣介紹了一種基于ADS-4系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝 置。該實(shí)驗(yàn)裝置偏向于工程化研究，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中流型復(fù)雜素亂，不利于得到合理的數(shù)據(jù)，數(shù) 據(jù)的不確定度較大。且該裝置無(wú)法進(jìn)行雙端進(jìn)氣液相夾帶實(shí)驗(yàn)。
[0009] 在中國(guó)專(zhuān)利公告第CN2828527Y號(hào)中，介紹了一種T型管連接件，其優(yōu)點(diǎn)是拆裝方 便，兩管件連接成為T(mén)型管后，表面無(wú)須打磨。但該發(fā)明使用的均為飯金件，無(wú)法進(jìn)行可視化 研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于反應(yīng)堆第4 級(jí)降壓系統(tǒng)T型管夾帶試驗(yàn)系統(tǒng)及方法，可進(jìn)行T型管W蒸汽/水為工質(zhì)的雙端進(jìn)氣工況下 的液相夾帶機(jī)理化研究。
[0011] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0012] 基于反應(yīng)堆第4級(jí)降壓系統(tǒng)T型管夾帶試驗(yàn)系統(tǒng)，包括:加熱水箱、高溫累、預(yù)熱段、 鍋爐、可視化試驗(yàn)段和稱(chēng)重水箱;加熱水箱、高溫累和預(yù)熱段依次連接，預(yù)熱段的出口連接 可視化試驗(yàn)段的液相入口；鍋爐的蒸汽出口連接可視化試驗(yàn)段的氣相入口；可視化試驗(yàn)段 為水平的主管和豎直的支管構(gòu)成的T型管;可視化試驗(yàn)段的支管連接稱(chēng)重水箱。
[0013] 進(jìn)一步的，還包括去離子水制備系統(tǒng)、補(bǔ)水累和稱(chēng)量稱(chēng)重水箱重量的稱(chēng)重傳感器； 去離子水制備系統(tǒng)的出口通過(guò)補(bǔ)水累連接加熱水箱的入口；加熱水箱與預(yù)熱段之間還設(shè)置 有過(guò)濾器和質(zhì)量流量計(jì);稱(chēng)重水箱通過(guò)回水管線連接加熱水箱。
[0014] 進(jìn)一步的，鍋爐的蒸汽出口通過(guò)分氣缸連接可視化試驗(yàn)段的氣相入口。
[0015] 進(jìn)一步的，支管與稱(chēng)重水箱之間設(shè)置有汽水分離器。
[0016] 進(jìn)一步的，可視化試驗(yàn)段中支管直徑為主管直徑的0.6倍;主管中支管與氣相入口 之間的水平入口段的長(zhǎng)度與主管的內(nèi)徑D的比值為20D。
[0017] 進(jìn)一步的，可視化試驗(yàn)段采用透明有機(jī)玻璃材料制成。
[0018] 進(jìn)一步的，在可視化試驗(yàn)段的一端裝有用于控制主管中液位高度的倒裝閩閥。
[0019] 進(jìn)一步的，可視化試驗(yàn)段的氣相入口和液相入口之間設(shè)有分隔氣相和液相的隔 板。
[0020] 進(jìn)一步的，從加熱水箱伸出的輸水管線和從鍋爐伸出的排氣管線均設(shè)置了兩條支 路，分別連接可視化試驗(yàn)段的兩端。
[0021] 基于反應(yīng)堆第4級(jí)降壓系統(tǒng)T型管夾帶試驗(yàn)方法，包括W下步驟:通過(guò)加熱水箱將 液相加熱至80°C，再開(kāi)啟高溫累運(yùn)轉(zhuǎn)回路，結(jié)合回路液相流量調(diào)節(jié)預(yù)熱段功率，使回路中液 相達(dá)到并穩(wěn)定在98.5°C;之后從預(yù)熱段被加熱的液相被送入可視化試驗(yàn)段;鍋爐產(chǎn)氣的蒸 汽送入可視化試驗(yàn)段，氣相和液相在T型的可視化試驗(yàn)段中發(fā)生夾帶；蒸汽通過(guò)排氣口排 出，夾帶產(chǎn)生的夾帶液相收集于稱(chēng)重水箱中，通過(guò)稱(chēng)重得到夾帶量的大小。
[0022] 此外，本發(fā)明通過(guò)正對(duì)可視化試驗(yàn)段的高速攝像機(jī)的拍攝，可W對(duì)不同的夾帶現(xiàn) 象進(jìn)行可視化研究。
[0023] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] 1、本發(fā)明裝置能夠進(jìn)行蒸汽/水為工質(zhì)的夾帶試驗(yàn)，更真實(shí)的反映了反應(yīng)堆中的 情況。
[0025] 2、本發(fā)明裝置實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)部分的可視化研究，為進(jìn)一步理解和研究試驗(yàn)現(xiàn)象 提供了條件。
[0026] 3、本實(shí)驗(yàn)裝置可W進(jìn)行可調(diào)節(jié)雙端進(jìn)氣的夾帶試驗(yàn)，與真實(shí)情況更相符，模擬的 狀況也更加復(fù)雜。
[0027] 4、采用加熱水箱和預(yù)熱段共同加熱的方式，大大提高了實(shí)驗(yàn)的安全性。
[0028] 總之，本發(fā)明填補(bǔ)了相關(guān)T型管夾帶研究領(lǐng)域的空白，使用大尺寸支管進(jìn)行研究， 并采用蒸汽/水作為實(shí)驗(yàn)工質(zhì)；可調(diào)蒸汽流量的雙端進(jìn)氣試驗(yàn)更真實(shí)的反映了反應(yīng)堆中復(fù) 雜的情況。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為本發(fā)明基于核電廠ADS-4降壓系統(tǒng)的T型管夾帶試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)裝置示意圖；
[0030] 其中，1、去離子水制備系統(tǒng)；2、補(bǔ)水累；3、加熱水箱;4、過(guò)濾器;5、高溫累;6、質(zhì)量 流量計(jì);7、預(yù)熱段;8、鍋爐;9、分氣缸；10、可視化試驗(yàn)段；11、稱(chēng)重水箱；12、稱(chēng)重傳感器；13、 回水管線。
【具體實(shí)施方式】
[0031 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0032] 參見(jiàn)圖1，本發(fā)明一種基于反應(yīng)堆第4級(jí)降壓系統(tǒng)T型管夾帶試驗(yàn)系統(tǒng)，包括:去離 子水制備系統(tǒng)1、補(bǔ)水累2、加熱水