[发明专利]强内热源多孔介质通道强迫对流换热实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种实验装置，具体地说是一种多孔介质通道强迫对流换热实验装置，特别是一种含强内热源的多孔介质通道强迫对流换热实验装置。属于热工水力技术领域

背景技术

世界性的能源短缺和日益显著的温室效应与环境恶化，促使人们在致力于发展大型先进反应堆的同时，也在努力探索研制中小型反应堆以满足与日俱增的多样化能源与动力需求，球床水冷反应堆就是其中最引人注目的堆型之一。它是将目前世界上使用最多、技术最成熟的水冷反应堆技术与性能优异的新型球形燃料元件有机地结合起来，发展一种小型化、模块化、长寿命反应堆，具有很高的固有安全性和防止核扩散能力，可以实现多种用途目的，尤其是在长寿命可移动反应堆方面极具发展潜力。

实验是科学研究不可缺少的重要手段，所有的理论分析或数值计算结果都需要得到实验的验证。在球床水冷反应堆中，燃料球致密排列，充满燃料管，具有很高的体积功率密度，构成含强内热源固体相多孔介质通道，冷却剂以很高的流速流过并与燃料球进行强烈的热量交换，这与目前压水堆具有规则的外壁加热通道存在显著区别，因此，不能简单采取传统的实验方法进行实验研究，急需开发新的实验与测量技术，这也是决定球床水冷反应堆热工水力特性研究能否取得实质性进展的关键。

对于含内热源多孔介质中的传热特性研究，目前开发的实验装置主要有两类：一类是以反应堆堆芯严重烧毁后形成的堆积床冷却为应用背景，采用电磁感应加热的方式对含内热源多孔介质进行池沸腾换热实验(如：P，M Groll，R Kulenovic.Basic investigationson debris cooling，Nuclear Engineering and Design，2006，236：2104 2116；A Zeisberger，F Mayinger.Heat transport and void fraction in granulated debris，NuclearEngineering and Design，2006，236：2117 2123；K Atkhen，G Berthoud.SILFIDEexperiment：Coolability in a volumetrically heated debris bed，Nuclear Engineeringand Design，2006，236：2126 2134)。这类实验装置一般只能进行浸没式池沸腾换热实验，而不能进行强迫流动换热实验，尤其不能进行高流速强迫流动换热实验。另一类是以球床反应堆堆芯传热特性为应用背景，采用在球床内埋设单个或数个电加热金属球的方法，在高流速区进行有相变或无相变强迫对流换热实验(如：S.Rimkevicius，E.Uspuras.Experimentalinvestigation of pebble beds thermal hydraulic characteristics，Nuclear Engineeringand Design，2008，238：940 944；昝元峰，王涛涛，肖泽军等.含内热源多孔介质的局部换热特性实验研究，核动力工程，2008，29(1)：57-60，65)。这类实验装置的主要不足在于：要求实验球尺寸比较大，功率密度低，无法应用于具有毫米尺度的燃料球实验模拟，也难以对大量的实验球同时加热，且存在冷壁效应，因此不能满足球床水冷反应堆发展的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种真实地模拟球床水冷反应堆通道的加热情况的强内热源多孔介质通道强迫对流换热实验装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的含强内热源的多孔介质通道强迫对流换热实验装置主要是由储水箱、冷却器、稳压罐、过滤器、预热器、球床实验段、汽-水分离器、冷凝-冷却器、回水槽、冷却水水箱、冷却塔通过管道连接组成，球床实验段外设置电磁感应器，冷却器与过滤器之间设置有循环水泵，冷却水水箱与冷凝-冷却器和冷却器之间设置有冷却水水泵，管道的相关位置处设置阀门或测量仪表，测量仪表与数据采集系统连接。

本发明还可以包括：

1、所述电磁感应器的主体是一个用紫铜方管制成的螺旋线圈，由中频电源供电，每匝线圈之间都留有一定的间隙。

2、所述球床实验段由石英玻璃管内密实填充导磁性金属球构成，球床实验段中呈网状布置有微细铠装热电偶，球床实验段的进出口布置有温度传感器和压力传感器。

3、所述的汽-水分离器为圆柱形，由下封头、筒体和上封头构成汽-水分离器的外壳，外壳上开有切向进汽口、出汽口和疏水口，内置带沿挡水环板和汽-水分离孔板。