[实用新型]一种稠密栅燃料组件栅元装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及热工水力实验构件技术领域，特别涉及稠密栅燃料组件典型栅元热工水力实验构件，具体是指一种稠密栅燃料组件栅元装置，可用于稠密栅燃料组件堆芯热工水力问题实验研究。

背景技术

堆芯燃料组件的热工水力特性研究对于反应堆的安全运行及相关系统的设计具有十分重要的意义，为了提高堆芯燃料组件的性能以及优化其设计，各国都对此开展了热工水力分析和实验研究，并提出了很多新概念的堆型。稠密栅燃料组件是先进水冷反应堆中的新型燃料组件之一，即堆芯的燃料元件采用稠密布置，形成燃料元件按三角形、六角形排列的蜂窝状堆芯。稠密栅燃料组件通过缩小燃料元件栅元的间距，缩小堆芯体积，提高堆芯的转换比，提高燃耗深度，进而达到延长燃耗寿期的目的，实现长循环运行，铀资源的有效利用。因此，稠密栅燃料组件堆芯技术是一项十分适合舰船核动力装置的堆芯组件设计技术。

由于稠密栅燃料组件元件之间的间隙窄，其流动、传热特性以及交混特性与常规水冷反应堆堆芯的流动传热特性存在差异，国际上对其研究并不充分。在高转换比这一新型堆芯的概念设计研究的背景下，中国核动力研究设计院开展了一系列稠密栅堆芯设计的热工水力分析和实验研究。由于实验装置、加热方式和实验技术等诸多因素的限制，不可能进行1：1的稠密栅燃料组件的热工水力实验，针对紧密排列的稠密栅燃料组件，棒束规模对组件热工水力特性实验研究的影响较大，确定合适规模组件作为典型栅元是堆芯热工水力实验研究需要解决的关键技术之一。一方面，采用较大棒束规模的实验组件，可以保证 热工水力特性更接近实际组件的热工水力特性，但较多的元件棒数量必然会使实验本体结构变得复杂，增大实验本体设计及测点布置的难度，且需要较高的实验成本；另一方面，采用较小棒束规模，虽然可有效降低实验成本，降低本体设计难度，但是棒束规模过小，会使“冷壁效应”、“边壁效应”对燃料组件热工水力特性的影响增大，实验结果不能很好地反映原型堆芯组件的热工水力性能。

国内外资料调研表明，目前已有的相关多数专利多是针对光棒棒束栅元组件，现有文献、专利均没有涉及对稠密栅燃料组件典型栅元实验构件的设计。由于稠密栅组件采用绕肋结构定位，已有的光棒棒束栅元组件不能满足稠密栅燃料组件的实验要求。因此，有必要研制一套稠密栅燃料组件典型栅元实验构件，能够实现对原型的模拟开展热工水力实验且能够准确测量组件的关键参数。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是目前没有涉及在稠密栅燃料组件的栅元装置方面的研究，由于稠密栅组件采用绕肋结构定位，已有的光棒棒束栅元组件不满足稠密栅燃料组件实验要求，本实用新型目的在于提供一种稠密栅燃料组件栅元装置，采用包括由19根三层呈六边形排列的加热元件棒构成的栅元装置，解决了现有棒束规模较大时，实验组件成本高，实验本体设计及测点布置难度大，棒束规模较小时，产生的“冷壁效应”、“边壁效应”影响燃料组件热工水力性能等问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种稠密栅燃料组件栅元装置，包括加热元件组件，加热元件组件由19根呈六边形排列而成的加热元件棒构成，加热元件组件包括冷棒加热元件和热棒加热元件，由内至外分三层排列，第一层由1根热棒加热元件组成，第二层由6 根热棒加热元件组成，第三层由12根冷棒加热元件组成；所述冷棒加热元件、热棒加热元件均为绕肋加热元件。

本实用新型主要针对现有的稠密栅燃料组件栅元装置，其中核心结构加热元件的规模直接影响热工水力特性的实验研究。在现有实验条件下无法进行1：1的稠密栅燃料组件的热工水力实验，因此，在本实用新型中，需要解决的关键技术是确定合适的规模组件作为栅元装置。栅元装置的合适规模可解决两方面的问题，一方面，可规避规模较大时，栅元装置元件棒数量较大使实验本体结构复杂，增大实验本体设计及测点布置的难度，增加实验成本等问题，另一方面，可规避规模较小时，产生“冷壁效应”、“边壁效应”对燃料组件热工水力特性影响增大，不能很好反应原型堆芯组件的热工水力性能等问题。

对于栅元装置合适规模的确定步骤为：首先需要对比分析不同类型及不同棒束规模稠密栅之间的流场、温度场的差异，然后采用如下CFD计算公式且定量分析栅元压降和热通道出口温度的偏差，

其中，Δp—棒束通道面积的平均压降；T_h—热通道出口平均温度；i—代表不同棒束组件规模。

通过CFD计算分析，针对三角形排列稠密栅燃料组件，19棒束为合适栅元规模，即确定加热元件组件由19根加热元件径向布置而成呈三角形排列的正六边形。