[发明专利]一种高温熔融物扩展壅塞实验装置及实验方法

说明书

一种高温熔融物扩展壅塞实验装置及实验方法，包括加热炉，所述加热炉包括炉体，炉体为圆筒型结构，并且采用氧化锆制作；炉体内沿炉体内壁设置有一圈高温隔热层，炉体侧壁上开设有若干透窗，透窗内安装有热电偶；炉体内中心竖直设置有若干测试棒；每根测试棒包括位于中心的钨铼加热棒，钨铼加热棒外侧为氧化铝层，氧化铝层外侧为锆‑4合金层；加热炉下方设置有变压器，变压器与钨铼加热棒相连。通过对钨铼加热棒进行电加热，模拟燃料棒衰变热，实验加热最高温度可达2000℃，所以能够真实模拟堆芯材料熔化及两千度以上高温熔融物的迁徙壅塞特性。在炉体侧开有若干可视化透窗，能够动态揭示堆芯材料熔化及熔融物的迁徙行为机理。

技术领域

本发明属于实验装置技术领域，具体涉及一种高温熔融物扩展壅塞实验装置及实验方法。

背景技术

严重事故是一个多相态、多组分的复杂物理和化学过程，堆芯燃料组件熔化以及熔融物在反应堆内棒束通道间隙内的扩展及消熔过程是严重事故重要早期行为序列，具有很大的不确定性且难以准确预测。

国际上关于严重事故燃料熔化和烛化的研究，可以追溯到上世纪60年代，核电工业刚刚兴起的时候。但是由于当时在使用核电的国家中，并不需要进行相关研究就可以取得核电执照，所以相关的研究并没有取得太大的进展。直到70年代末，美国发生三哩岛事故，给严重事故燃料熔化和烛化研究提供了直接的经验和丰富的素材。随后，德国进行了CORA实验的研究，法国CEA进行了PHEBUS实验的研究，积累了丰富经验。而在程序开发方面，包括MELCOR，MAAP，SCDAP/RELAP5等都吸收并包含了国际上堆芯熔融物材料的熔化和烛化研究的模型和成果。

国内关于严重事故的研究主要始于2011年的福岛核事故。由于地震和海啸，日本福岛轻水堆核电厂发生了极其严重的堆芯熔化，氢气爆炸和放射性泄露事故，对我国的核电厂反应堆安全评估造成了巨大影响。氢气爆炸和放射性泄露事故，对我国的核电厂反应堆安全评估造成了巨大影响。由于福岛事故的影响，中国政府加大了对严重研究力度并支持地方院校和研究机构进行了针对严重事故的一系列研究。当前，我国高校针对反应堆严重事故，所进行的主要实验研究，主要包括西安交通大学的堆芯熔融物内保持CHF测试实验台架,上海交通大学的蒸汽爆炸测试实验台架，而在程序方面，主要进行针对部分严重事故现象的程序开发，以及对现有的程序进行集成，或者进行程序的二次开发等工作。

综合国内外针对严重事故后堆芯材料熔化及熔融物的迁徙行为研究可以发现：1)由于牵涉多相多组分的物理化学过程，堆芯材料熔化及熔融物的迁徙行为的不确定性很大，各研究者之间的研究条件和结论具有较大差异；2)已有的系统程序模型和机理分析模型，都存在大量的简化假设，已有模型的适用性十分有限；3)常规数值模拟方法很难处理这么复杂的多相多物理场行为。因此亟需深入开展压水堆堆芯材料熔化及熔融物的迁徙行为实验研究。高温熔融物扩展壅塞实验研究有助于揭示堆芯材料熔化及熔融物的迁徙行为机理，降低现有严重事故分析程序的不确定性，是严重事故研究的基础科学问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高温熔融物扩展壅塞实验装置及实验方法，用于揭示堆芯材料熔化及熔融物的迁徙行为机理，利用实验数据优化已有系统程序模型并开发机理分析模型，为常规数值模拟方法提供验证，降低现有严重事故分析程序的不确定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高温熔融物扩展壅塞实验装置，包括加热炉，所述加热炉包括炉体，炉体为圆筒型结构，并且采用氧化锆制作；炉体内沿炉体内壁设置有一圈高温隔热层，炉体侧壁上开设有若干透窗，透窗内安装有热电偶；炉体内中心竖直设置有若干测试棒；每根测试棒包括位于中心的钨铼加热棒，钨铼加热棒外侧为氧化铝层，氧化铝层外侧为锆-4合金层；热电偶热端与氧化铝层表面接触，冷端穿过透窗；加热炉下方设置有变压器，变压器与钨铼加热棒相连。