[发明专利]冷却剂装量减少事件下堆芯热工实验装置与实验方法

说明书

本发明公开了冷却剂装量减少事件下堆芯热工实验装置，包括模拟堆芯热工环境的运行系统，运行系统包括串联的蒸汽稳压器、换热器、循环泵、实验段，蒸汽稳压器设置有电热元件(13)，实验段(6)的出口端回接到蒸汽稳压器(1)，上述实验段接有功率可调的电源(12)；还包括模拟冷却剂装量减少的泄压系统，泄压系统包括快开快关阀(10)、卸压系统调节阀(9)，卸压系统调节阀(9)连通到蒸汽稳压器(1)、快开快关阀(10)与卸压系统调节阀(9)串联。可以实现入口过冷度、压降速率与加热功率等关键参数覆盖压水反应堆真实运行环境并且可以实时控制与调节，可以保证整个高温高压实验系统与设备的安全性和可靠性。

技术领域

本发明涉及压水反应堆热工水力及安全技术领域，具体冷却剂装量减少事件下堆芯热工实验装置与实验方法。

背景技术

压水反应堆冷却剂装量减少是核动力厂设计法规中明确的假设始发事件之一，该事件的出现将引发一回路运行系统压力的持续下降，相应的饱和温度持续降低，堆芯出口冷却剂的过冷度不断减小，可能出现燃料元件偏离泡核沸腾，可能导致堆芯裸露而无法得到及时冷却、燃料包壳无法保持完整性，甚至出现堆芯融化而大量放射性物质释放的严重后果。稳压器安全阀意外开启、自动卸压系统意外投运、蒸汽发生器传热管破损、反应堆冷却剂压力边界破口等设计基准事故都会导致压水反应堆冷却剂装量减少、运行系统压力下降，因此，国际原子能机构和中国的核安全法规均要求控制反应堆冷却剂的装量和压力，确保在任何运行状态下都不超过设计限值。

1970年代至今，世界范围内针对引发反应堆冷却剂装量减少事件的设计基准事故工况堆芯热工安全特性的研究活动一直比较活跃。早期，受制于实验技术和计算分析技术水平，相关研究工作关注失水事故等设计基准事故过程中堆芯热工响应特性等宏观层次的具体现象，侧重于专设安全系统性能的初步验证和系统分析程序的模型构建；1990年后，随着高速摄像技术、光学探针技术、丝网技术等测试手段与计算流体力学工具的不断发展，失压条件下汽泡行为与汽液相界面特性等微观层次的汽液两相共性机理逐渐成为该领域研究的焦点。

目前，虽然失压条件下汽液两相共性机理研究已经开展多年，但是仍局限于非加热条件、中压中温范围、低入口过冷度、低压降速率等参数条件，与压水反应堆实际的运行环境与参数条件相差较远，相关的研究成果即不能准确地反映事故工况下压水反应堆的热工特性，又不能直接应用于现有压水反应堆热工安全分析工作。

发明内容

本发明目的在于：提出一种模拟压水反应堆冷却剂装量减少事件下堆芯热工安全分离效应的实验装置与实验方法，拓宽失压条件下汽液两相共性机理与基础实验的热工参数范围，实现压降速率与加热功率的可控，保证整个高温高压系统与设备的安全性和可靠性，为现有压水反应堆热工安全分析工具的深入优化提供技术支撑。

本发明通过下述技术方案实现：

冷却剂装量减少事件下堆芯热工实验装置，

包括模拟堆芯热工环境的运行系统，运行系统包括串联的蒸汽稳压器、换热器、循环泵、实验段，蒸汽稳压器设置有电热元件，实验段的出口端回接到蒸汽稳压器，上述实验段接有功率可调的电源；

还包括模拟冷却剂装量减少的泄压系统，泄压系统包括快开快关阀、卸压系统调节阀，卸压系统调节阀连通到蒸汽稳压器、快开快关阀与卸压系统调节阀串联。

所述电热元件用于给蒸汽稳压器中水工质加热，所述电源用于给所述实验段加热；

所述电源的输出功率变化模拟压水反应堆冷全集装量减少时间发生后堆芯功率变化，所述循环泵运行频率模拟压水反应堆冷全集装量减少时间发生后主泵惰转；

所述泄压系统内设置有用于卸压系统调节阀的开度随时间的变化曲线，所述泄压系统调节阀的开度模拟压水反应堆冷剂装量减少事件造成的运行系统压力下降。

本发明的设计原理为：