[发明专利]研究铅基堆蒸发器传热管破裂事故热工水力特性的实验装置及方法

说明书

一种研究铅基堆蒸发器传热管破裂事故热工水力特性的实验装置及方法，该装置包括反应容器、注射段、高温高压水容器、储铅罐、氩气缓冲罐、真空系统和其它辅助系统，具体模拟和研究铅基堆蒸发器二回路的高压过冷水喷入一回路铅合金并快速汽化，造成一回路压力突增的热工水力学现象；整个实验装置通过灵活布置反应容器内的测温点、测压点，灵活向高温高压水容器内注入不同压力的氩气和不同容量的水，灵活变更注射段的注射套管结构和黄铜帽划痕深度，开展各种不同水侧压力、不同破口注射高度和方向的实验工况测量，增加整个实验装置的灵活性和可靠性。

技术领域

本发明涉及水和液态金属两相流相互作用领域，具体涉及一种研究铅基堆蒸发器传热管破裂事故热工水力特性的实验装置及方法。

背景技术

铅基反应堆是指以液态金属铅或铅秘合金(统称铅基材料)为冷却剂的一类反应堆。铅基反应堆的蒸汽发生器传热管破裂事故，是蒸汽发生器传热管破裂工况下，二回路高压水汽化并伴随一回路冷却剂的流动进入堆芯的事故过程。

在铅基堆蒸发器传热管破裂事故的事故过程中，需要着重注意的一个事故现象是，由于二回路高压水迅速进入一回路气化，导致的一回路蒸发器内部压力的急剧上升和温度的显著波动，这是该事故过程中的主要热工水力特性。

为研究上述热工水力特性，需要设计模拟事故过程的实验装置，主要的设计思路为：通过一个含铅合金的压力容器模拟一回路蒸发器的铅合金工作环境；通过一个高温高压水容器模拟二回路的高压水工作环境；通过在二者间引入一个有注射口的注射段模拟传热管破裂的破口，引入一个可控制开闭的高压高温水电动阀门模拟高压水通过传热管破口的喷放。通过注射段的设计和控制高压高温水电动阀门的开闭，并在压力容器内部布置压力和温度测点，可实现高压水向压力容器内部喷放的过程和过程中的压力、温度测量，以模拟和研究铅基堆蒸发器传热管破裂事故造成的高压水在蒸发器内部铅合金环境中的射流现象和射流过程的热工水力特性研究。

针对上述研究思路，现有的国内外研究方案的主要弊端为：1)高压水喷放注射的位置，大多采用从压力容器上端的固定位置或下端的固定位置，垂直向下或向上进行高压水注射，无法实现高压水注射位置、注射方向、注射角度的灵活改变；2)无法对注射段进行便捷的更换，也即无法针对注射段的注射口直径，灵活设置更广阔、更符合工程实际的铅合金温度和高压水压力的研究工况，同时也无法解决持续实验造成的铅合金对注射段的磨蚀问题。这些设计弊端严重影响了实验研究的灵活性、实验工况的丰富性、防止铅合金的磨蚀等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种研究铅基堆蒸发器传热管破裂事故热工水力特性的实验装置及方法，通过向装有高温静态铅合金的压力容器中，注入不同压力、温度的高压射流水，通过高压高温水电动阀门控制高压射流水的注射时长，并通过高频数据采集系统采集压力和温度数据，以获得在各个不同压力、温度的高压水射流工况下，高压水对反应容器内铅合金温度、压力的改变大小和变化速度。本实验可以充分考虑和研究反应容器内不同的水蒸气预留空间、高压水注射量、注射水温度、注射水压力，和高压水注射位置、注射方向、注射角度、注射口直径等多个因素对实验结果产生的不同影响。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：