[发明专利]钠冷快堆堆芯出口冲击射流搅混特性模化实验系统及方法

权利要求书

1.一种钠冷快堆堆芯出口冲击射流搅混特性模化实验系统，其特征在于：包括实验主回路、实验段、二次冷却回路以及数据测量系统四部分；

实验主回路包括去离子水机(18)、补水箱(19)、第一球阀(20)、第一补水泵(21)、第二球阀(22)、第一水箱(15)、第一截止阀(17)、冷却器(16)、第二截止阀(14)、第一阀前过滤器(13)、第一柱塞泵(12)、第一压力传感器(36)、第二压力传感器(35)、第三截止阀(11)、第四截止阀(10)、质量流量计(9)、第五截止阀(8)、第六截止阀(23)、第七截止阀(7)、再生式换热器(6)管外区域、预热段(5)和直流电源(4)；实验主回路的作用是为整个实验系统提供足够的去离子冷却水，实验主回路来水分为两路，第一路是由外部来水直接补充入回路中，另一路是流过实验回路的工质水，从实验段流出后经过处理再被补充进实验主回路中；

第一路外部来水被补充进实验主回路中，首先流入去离子水机(18)中，被去除杂质离子，去离子水机后连接补水箱(19)，补水箱(19)下游依次连接第一球阀(20)、第一补水泵(21)以及第二球阀(22)，第二球阀(22)下游连接第一水箱(15)，通过调节第一球阀(20)和第二球阀(22)，以控制泵入第一水箱(15)中的去离子水量，维持第一水箱(15)内的水装量；第一水箱(15)下游分为两路，一路是为了调节流量和压力而设计的旁通流道，旁通流道上第一截止阀(17)和冷却器(16)依次接在第一水箱(15)下游，另一路上，第一水箱下游另一路上依次连接第二截止阀(14)、第一阀前过滤器(13)以及第一柱塞泵(12)，在第一阀前过滤器(13)和第一柱塞泵(12)之间以及第一柱塞泵(12)下游分别安装第一压力传感器(36)和第二压力传感器(35)，对第一柱塞泵12上下游压力进行测量；第二压力传感器(35)下游连接第三截止阀(11)，而旁通流道上的冷却器(16)下游管道重新接入第二压力传感器(35)和第三截止阀(11)之间；

第三截止阀(11)下游为三条并列的子通道，每一子通道上均依次装有第四截止阀(10)、质量流量计(9)和第五截止阀(8)，质量流量计(9)对进入实验段的工质流量进行测量，并根据实验需要调节质量流量计前后的第四截止阀(10)和第五截止阀(8)进行流量调节；有所区别的是在并列的其中一条子通道上，第五截止阀(8)下游又连接了两条通道，一条通道直接将工质经过与第五截止阀(8)下游相连接的第六截止阀(23)导入预热段(5)中，另一条通道在第五截止阀(8)后连接第七截止阀(7)，通过调节第七截止阀(7)将剩余工质导入再生式换热器(6)管外区域被加热，再生式换热器(6)分为管内区域和管外区域，再生式换热器(6)的管外区域出口再与预热段(5)相连接；其余的两条并列子通道上，第五截止阀(8)下游直接连接预热段(5)；直流电源(4)为预热段(5)提供加热能量来源，工质在预热段(5)中被加热到所需温度后进入实验段；

实验段承接预热段(5)，实验段为预热段(5)下游管道内安装的多组组件头(1)，组件头(1)的几何设计是以钠冷快堆堆芯出口组件头的实际结构为依据，工质经过组件头(1)以射流的形式进入下游管道内并流出实验段；

工质从实验段的组件头(1)出口喷出后，进入实验段下游的再生式换热器(6)的管内区域，被管外的冷水冷却降温；再生式换热器(6)的管内区域下游连接冷凝器(24)，进入二次冷却回路；冷凝器(24)内部区域同样分为管内区域和管外区域，管内区域流通的是从再生式换热器(6)中来的热工质，管外区域流通从第二水箱(31)来的冷工质；

二次冷却回路是一个循环回路，包括冷凝器(24)、冷却塔(32)、第二水箱(31)、第八截止阀(30)、冷却水泵(29)、第三阀前过滤器(28)、第二阀前过滤器(25)、第九截止阀(26)、第十截止阀(27)和第三球阀(34)；其主要功能是用来冷却实验主回路实验工质，向实验段内提供充足的冷却水工质，确保回路长时间安全稳定运行；二次冷却回路具体组成如下：从实验段出来的水经过冷凝器(24)的管内区域，进入与管内区域出口相连的冷却塔(32)被进一步冷却，冷却塔下游依次连接第二水箱(31)、第八截止阀(30)、冷却水泵(29)以及第三阀前过滤器(28)，第三阀前过滤器(28)下游与冷凝器(24)的管外区域进口相连接，冷凝器(24)的管外区域的出口与第二阀前过滤器(25)相连，第二阀前过滤器(25)下游连接并列的第九截止阀(26)和第十截止阀(27)，第九截止阀(26)和第十截止阀(27)下游连接第一水箱(15)，将工质补充进第一水箱中，也因此构成了实验主回路的第二路来水；除此之外，在并列的第九截止阀(26)、第十截止阀(27)下游和第一水箱(15)中间分出了一条支路，在此支路上安装有第三球阀(34)，即为排污口，实验进行一段时间后，通过第三球阀(34)对实验工质进行排放；

数据测量系统由质量流量计(9)、快速反应热电偶(33)和粒子图像测速系统组成；质量流量计(9)安装在实验主回路系统三条子通道上，位于第四截止阀(10)之后，第五截止阀(8)之前，用于测量进入实验段内的去离子水流量；沿实验段组件头部分管道的轴向和周向上布置多组快速反应热电偶(33)，通过监测温度场分布信息反映射流过程中的能量交换特性；粒子图像测速系统包括片光源(2)和高速摄影仪(3)，将其接入电脑的数据采集系统，进行后续的数据采集和处理。