[发明专利]导热油工质强迫循环综合实验回路系统

说明书

一种导热油工质强迫循环综合实验回路，包括以Dowtherm‐A导热油为工质的主实验回路、以水为工质的冷却循环回路以及数据采集和控制系统。其主实验回路包括按工质流动方向连接的导热油箱、离心泵、调节阀、流量计、实验本体段和换热器；冷却循环回路则包括冷却剂箱、离心泵、调节阀、流量计、换热器和空冷塔。导热油通过离心泵从导热油箱引出，经调节阀调节流量后再经流量计进入实验本体段，最后通过换热器冷却后回到导热油箱，形成闭合的强迫循环流动。而冷却循环回路则通过换热器与主回路连接，排出主实验回路热量。本发明可模拟FLiBe的流动换热特性，操作简单，经济安全，测量精度高，可用来开展熔盐堆球床堆芯和管道对流换热及关键设备流动阻力的实验研究。

技术领域

本发明涉及高温熔盐堆领域验证性实验研究技术领域中的一种高温熔盐工质在熔盐堆系统设备中流动换热特性的实验研究系统，更确切地说是一种导热油工质强迫循环综合实验回路系统。

背景技术

钍基熔盐堆因其在安全性、经济性及可持续性方面的优势被列为第四代核能系统重点发展的堆型。其一回路冷却剂采用高温熔盐FLiBe。熔盐堆开发过程中堆芯与管道的对流换热及关键设备的流动阻力特性是钍基熔盐堆设计及安全验证的关键参数，关系到熔盐反应堆的热效率及安全。因而需要对关键系统与设备的特性开展相关的热工水力实验研究，对堆芯与管道的对流换热及关键设备的流动阻力特性进行测量。目前存在的关于对流换热及流动阻力特性公式多是以水或空气作为介质获得，水或空气等工质物性与熔盐FLiBe相差较远，因此目前获得的公式适用范围无法满足熔盐工质工况。而高温熔盐FLiBe在其工作温度下(700℃)具有较强的腐蚀性及毒性，并且压力，压差等关键参数测量仪表精度较差，目前高温熔盐还不存在商用测量压力压差的传感器，流量测量多采用非接触式的超声波流量计，但该流量计用于测量熔盐工质时的精度无法保证，这给采用FLiBe为实验工质开展堆芯与管道的对流换热及关键设备的流动阻力特性研究带来较大困难。此外，目前还不存在以FLiBe熔盐作为实验工质的研究熔盐堆堆芯与管道的对流换热及关键设备的流动阻力特性研究实验回路。目前核反应堆领域开展的实验研究为避免失真现象，多采用与原型相同流体进行几何比例分析，尤其针对对流换热存在的形象中，仅进行几何上的缩放，针对不同流体的比例分析研究较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种导热油工质强迫循环综合实验回路及实验方法，以解决由于现有熔盐FLiBe高温下具有腐蚀性和毒性，测量仪表缺乏和精度较差，难以搭建堆芯与管道对流换热实验和关键设备的流动阻力实验平台的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种导热油工质强迫循环综合实验回路，该导热油工质强迫循环综合实验回路包括一主实验回路和一冷却循环回路以及该两回路外接的数据采集和控制系统，所述主实验回路以Dowtherm‐A导热油为工质，冷却循环回路以水为工质。本实验回路设计过程中不仅考虑了几何比例分析，主要还引入了流体间的模化分析，并进行了严格的失真分析，同时采用数值模拟方法对模化分析结果进行了验证，最终选取导热油Dowtherm‐A作为本实验回路的实验工质，确保该导热油工质强迫循环综合实验回路的运行工况可以完全满足熔盐堆堆芯与管道对流换热和关键设备流动阻力测量的要求。所述主实验回路包括按照导热油流动的方向顺次连接的一导热油箱、一过滤器、一第一离心泵、一第一调节阀、一第一流量计、一第一截止阀、一实验本体段、一第二截止阀和一换热器；所述冷却循环回路包括按照工质流动方向顺次连接的一冷却剂箱，一第二离心泵、一第三调节阀，一第二流量计、换热器和一空冷塔，其中，所述主实验回路和冷却循环回路通过所述换热器进行热交换；所述的换热器的一侧工质为所述的导热油、另一侧的工质为水；所述的换热器的水侧的进出口各布置有一第三热电偶。

优选地，所述导热油箱安装于主实验回路的最高位置，其顶部设有深入该导热油箱的进口管以及一排气管，其底部设有一出口管；该导热油箱的内部布置有一加热器、一插入式热电偶和一防爆液位计。

优选地，所述进口管深入导热油箱高度方向三分之一处，且进口管端口焊接倾斜倒流片；所述加热器为法兰式电加热器，其与底面的距离等于导热油箱高度的约四分之一处。