[发明专利]模拟超临界压力瞬变工况实验装置与实验方法

说明书

本发明公开了模拟超临界压力瞬变工况实验装置与实验方法，模拟超临界压力瞬变工况实验装置，包括模拟堆芯热工环境的运行系统，运行系统包括；循环泵、循环泵出口分为实验支路和实验旁路，实验支路包括串联的实验支路流量计、实验支路调节阀、预热器、实验段，实验旁路包括串联的旁路流量计、旁路调节阀、其中，实验支路流量计与旁路流量计均与循环泵出口连通；还包括混合器，旁路调节阀的出口、实验段的出口均与混合器的入口连通，混合器与循环泵之间通过换热器串联，还包括氮气稳压器，氮气稳压器底部接口通过管道连接于换热器的出口至过混合器入口的管道上；实验段配置有功率可调的电源；还包括模拟超临界压力瞬变的泄压系统或/和增压系统。

技术领域

本发明涉及反应堆热工水力及安全技术领域，具体模拟超临界压力瞬变工况实验装置与实验方法。

背景技术

在热力学中，工质水的热力学临界点参数约为：22.04MPa，374.0℃。

在国内外多个超临界水冷堆的概念设计方案中，堆芯运行压力多为25MPa，堆芯出口的冷却剂运行温度达到500℃或更高。因此，对于堆启停、失水事故等压力瞬变工况下，超临界水冷堆堆芯如何安全地跨越热力学临界点(22.04MPa，374.0℃)一直是业界广泛关注的技术挑战之一。

首先，近临界点压力区域(20-22MPa)临界热流密度值较低，而在此区域系统运行参数的控制又需要较高的燃料棒线功率水平，堆芯的热流密度安全裕量较小；其次，系统压力下降低于临界点后，可能出现冷却剂“闪蒸”现象，使得堆芯冷却剂和慢化剂的流动传热状态快速转变；最后，上述堆芯跨临界点潜在的风险，直接影响超临界水冷堆堆启停方案与事故应急处理策略的制定以及堆启停辅助系统与专设安全设施的配置。

目前，国内外关于压力瞬变工况下跨临界点热工安全特性的研究尚处于探索阶段。在实验研究方面，受制于超临界水工质的高温高压(高达25MPa、500℃)运行参数，相关的实验装置与实验技术多集中于氟利昂(氟利昂R134a的热力学临界点压力约为4.06MPa，临界点温度约为101.06℃)等模化工质，然而现阶段流体的模化理论仍不成熟，已获得的模化工质实验数据较难直接应用于超临界水冷堆技术研发；受制于实验装置与实验技术，现有实验的参数范围普遍较窄，初始稳态工况的实验段出口温度通常低于临界点或拟临界点温度，高压变速率、高热流密度、高出口温度的数据匮乏，相关的实验现象还未完整发现；受限于实验参数范围较窄，现有的部分实验结论相悖，如压变速率对压力瞬变工况下传热模式转变的影响规律。

发明内容

本发明目的在于：提出一种模拟超临界水冷堆压力瞬变工况下堆芯热工安全分离效应的实验装置与实验方法，突破超临界水工质高温高压运行参数下的实验技术难题，拓宽压力瞬变工况下跨临界点热工安全特性实验的参数范围，实现高压变速率、高热流密度、高出口温度等关键参数的控制与调节，同时保证整个高温高压系统与设备的安全性和可靠性。

本发明通过下述技术方案实现：

模拟超临界压力瞬变工况实验装置，

包括模拟堆芯热工环境的运行系统，

运行系统包括：氮气稳压器、循环路段、实验支路，所述循环路段包括：串联的换热器、循环泵，实验支路包括串联的实验支路流量计、实验支路调节阀、预热器、实验段，其中换热器与实验段出口连接，实验支路流量计与循环泵出口连接，氮气稳压器的底部接口连通到换热器、循环泵之间的管路上；实验段配置有功率可调的电源；

还包括模拟超临界压力瞬变的泄压系统或/和增压系统，

泄压系统包括快开快关阀、卸压系统调节阀，卸压系统调节阀入口连接于氮气稳压器底部接口的管道，卸压系统调节阀出口与快开快关阀入口相连接；

增压系统包括止回阀、柱塞泵、水箱，止回阀出口连接于氮气稳压器底部接口的管道，柱塞泵出口连接于止回阀入口，水箱底部接口连接于柱塞泵入口。