[发明专利]反应堆热工水力模拟试验装置及流体动力学特性模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及反应堆热工水力及安全技术领域，具体是反应堆热工水力模拟试验装置及流体动力学特性模拟方法。

背景技术

现有大型核电站或核动力装置中，各种热力系统的规模巨大，难以采用全尺寸模拟的方式开展试验。因此，常采用将原型按照一定的模拟准则进行缩比的系统模拟试验装置来研究反应堆系统的热工水力特性。常用的模拟准则包括几何相似准则、动力学相似准则及相关无量纲准则数相等准则，其中，动力学相似准则应用时需保证模拟试验装置与原型的流体动力学特性一致。由于模拟试验装置在结构尺寸上与原型不同，需对试验装置进行流体动力学特性模拟，并控制其与原型装置的动力学一致。现有反应堆热工水力系统模拟试验装置应用时，将流体动力学特性调节成与原型一致时过程较为繁琐，这严重影响了模拟试验的试验效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种反应堆热工水力模拟试验装置，其将流体动力学特性调节成与反应堆原型一致时便于实施，能提升模拟试验的试验效率。本发明还公开了上述试验装置的流体动力学特性模拟方法。

本发明解决上述问题主要通过以下技术方案实现：反应堆热工水力模拟试验装置，包括反应堆模拟体、蒸汽发生器模拟体及主循环泵，所述蒸汽发生器模拟体入口和出口分别通过管道与反应堆模拟体出口、主循环泵入口接通，所述主循环泵出口通过管道与反应堆模拟体入口接通；所述蒸汽发生器模拟体入口与反应堆模拟体出口之间的管道上设有热段阻力调节件，所述蒸汽发生器模拟体出口与主循环泵入口之间的管道上设有冷段阻力调节件和止回阀，所述止回阀位于冷段阻力调节件与主循环泵之间，所述主循环泵出口与反应堆模拟体入口之间的管道上设有泵路阻力调节件和文丘里流量计，所述泵路阻力调节件位于主循环泵与文丘里流量计之间。本发明应用时将反应堆一回路分为泵路和非泵路进行流体动力学特性模拟，其中，泵路包括主循环泵、止回阀、泵路阻力调节件及连接三者的管道，除泵路以外的一回路其它部分为非泵路。在强迫循环工况下，依靠主循环泵运转产生稳定流量，对非泵路进行分段流体动力学特性模拟。根据流体密度不同，将非泵路分为两段，第一段包括热段管道（反应堆模拟体出口至蒸发器模拟体入口管段）和反应堆模拟体，统称为热段。第二段包括冷段管道（蒸发器模拟体出口至止回阀入口管段）和蒸汽发生器模拟体，统称为冷段。在自然循环条件下，依靠本发明所述模拟试验装置的冷热芯高差和密度差引起的重力压头产生稳定的自然循环流量，对泵路进行流体动力学特性模拟。其中，冷芯为蒸汽发生器模拟体的几何中心，热芯为反应堆模拟体堆芯的几何中心。

为了使本发明应用时便于测试压差，进一步的，反应堆热工水力模拟试验装置，还包括热段压差变送器、冷段压差变送器及泵路压差变送器，所述热段压差变送器和泵路压差变送器两者正压端均与泵路阻力调节件和文丘里流量计之间的管道接通，热段压差变送器和冷段压差变送器两者负压端均与热段阻力调节件和蒸汽发生器模拟体之间的管道接通，冷段压差变送器正压端和泵路压差变送器负压端均与冷段阻力调节件和止回阀之间的管道接通。

进一步的，反应堆热工水力模拟试验装置，还包括稳压器，所述稳压器与反应堆模拟体的出口接通。本发明应用时可通过调节稳压器的水位，来对反应堆模拟体的基准压力进行调节。

进一步的，所述热段阻力调节件、冷段阻力调节件及泵路阻力调节件均采用孔板。本发明采用孔板作为阻力调节件，拆装便捷，且在试验过程中，其流体动力学特性不会发生变化，可靠性高。

基于上述反应堆热工水力模拟试验装置的流体动力学特性模拟方法，包括非泵路流体动力学特性模拟和泵路流体动力学特性模拟；

所述非泵路流体动力学特性模拟包括以下步骤：

步骤A1、根据反应堆一回路的强迫循环基准工况确定热段阻力调节件和冷段阻力调节件两者所需达到的阻力系数值，并调节热段阻力调节件和冷段阻力调节件达到所需的阻力系数值；

步骤A2、启动主循环泵，调节流量至基准流量，调节反应堆热工水力模拟试验装置的反应堆模拟体使其温度和压力达到基准值；

步骤A3、采集热段压降、冷段压降，并采用文丘里流量计采集流量，然后根据测试值计算出热段和冷段的阻力系数；

步骤A4、将计算出的热段和冷段的阻力系数与设定的阻力系数目标值对比，若偏差在允许的误差范围内，则流体动力学特性模拟完成，否则，根据偏差的大小调节热段阻力调节件和冷段阻力调节件，重复步骤A3～A4，直到阻力系数在允许的误差范围为止；

所述泵路流体动力学特性模拟包括以下步骤：