[发明专利]一种用于研究冷凝水箱热工水力特性的实验装置及实验方法

说明书

本发明提供一种用于研究冷凝水箱热工水力特性的实验装置及实验方法，包括坩埚盐浴炉、换热元件、汽包、冷凝水箱A、冷凝水箱B、涡街流量计、真空泵、球阀、截止阀和连接管路，换热元件下部插入熔盐中，上部与汽包连接，汽包出口的蒸汽管路与冷凝水箱A和冷凝水箱B中的冷凝管束相连接，真空泵与冷凝水箱A中冷凝管束的出口管路相连。本发明采用两个完全相同的冷凝水箱与汽包连接，通过相关阀门的切换可实现两个冷凝水箱分别独立运行，当一个冷凝水箱内已经存在温度场时，可随时切换至另一个处于冷态的冷凝水箱进行实验研究，解决了在热源达到目标温度之前冷凝水箱内已形成一定温度场从而无法研究冷凝水箱从冷态开始的热工水力特性的问题。

技术领域

本发明涉及一种用于研究冷凝水箱热工水力特性的实验装置及实验方法，属于反应堆非能动余热排出的实验设计领域。

背景技术

非能动余热排出系统是先进反应堆中的常设安全设施，在各种条件下保证停堆后衰变热的安全排出。目前在各种非能动余热排出系统中一般采用水作为冷却工质，在以水将反应堆余热排出的过程中，会产生一定量的蒸汽。对于蒸汽冷凝的方法一般有两种，一种是将冷凝器放置在水箱内，蒸汽冷凝的热量传递给水，水受热蒸发带走热量，实现非能动的热量排出；另一种是采用空气自然对流的方式冷却冷凝器，也可以实现非能动热量排出的目的。其中水箱冷却的方法传热效率较高，换热器体积较小，在工程实际中采用较多。

在熔盐堆非能动余热排出系统的设计中，其中一种方案也采用了水箱冷却的方式。在熔盐余热排出的过程中，水箱内会发生自然对流、热分层、过冷沸腾和饱和沸腾等热工水力现象，这些现象与系统冷却能力密切相关，需要对其进行深入研究。

专利201610899803.4公开了一种用于熔盐堆非能动余热排出的单管实验装置，此装置采用一个冷凝水箱用于冷凝蒸汽，其缺点在于无法进行水箱内自然对流换热、过冷沸腾换热、热分层等热工水力特性的研究，原因如下：实验装置采用管式电炉作为热源，开始加热后热源需要一定的时间升高到目标实验温度，在这段时间内汽包内水温逐渐上升，开始产生蒸汽，蒸汽将热量传递给水箱，待热源温度达到目标实验温度时，水箱内已形成一定的温度场或开始沸腾，因此无法研究水箱从最初冷态开始的热工水力特性；本领域人员容易想到的解决方法是直接往热态的水箱内注入冷水，但是由于注入的冷水具有一定速度，导致水箱内形成一定速度场，这个速度场会对水箱内的换热特性产生强烈影响，使得实验结果偏离非能动余热排出系统中冷凝水箱的实际热工水力特性，因此这个方法不能解决实际问题，需要设计一种能够研究熔盐堆非能动余热排出系统中冷凝水箱热工水力特性的实验装置及实验方法。

发明内容

本发明的目的是为了针对熔盐堆非能动余热排出系统中冷凝水箱内的自然对流换热、过冷沸腾换热、热分层等热工水力特性而提供一种用于研究冷凝水箱热工水力特性的实验装置及实验方法。

本发明的目的是这样实现的：包括坩埚盐浴炉、换热元件、汽包、冷凝水箱A、冷凝水箱B、涡街流量计、真空泵、第一球阀至第十五球阀、第一截止阀、第二截止阀，所述换热元件的下端插入熔盐中、上端与汽包连接，汽包出口的蒸汽管路同时与冷凝水箱A和冷凝水箱B中的冷凝管束入口相连接，冷凝水箱A和冷凝水箱B中的冷凝管束出口分别与汽包的回水管路连接，真空泵与冷凝水箱A中冷凝管束的出口管路相连，冷凝水箱A和冷凝水箱B的上均分别接有进水管路和放水管路，第一球阀位于汽包与涡街流量计之间的管路上，第二球阀位于与涡街流量计和第一球阀的并联管路上，第三球阀、第四球阀分别位于冷凝水箱B和冷凝水箱A中冷凝管束的入口管路上，第五球阀、第六球阀分别位于冷凝水箱B和冷凝水箱A中冷凝管束的出口管路上，第七球阀位于第五球阀和第六球阀之间的旁路上，第八球阀位于实验回路和真空泵的连接管路上，第九球阀位于汽包的回水管路上，第十球阀位于汽包回水管路的旁路上，第十一球阀位于冷凝水箱B中冷凝管束入口管路的旁路上，第十二球阀和第十三球阀分别位于冷凝水箱A的进水管路和放水管路上，第十四球阀和第十五球阀分别位于冷凝水箱B的进水管路和放水管路上，第一截止阀和第二截止阀分别位于两个冷凝水箱与大气连通的管路上。

本发明还包括这样一些结构特征：