[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

说明书

本发明公开了一种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，该实验系统包括实验主回路、实验段、二次冷却回路以及数据测量系统。实验主回路主要由高压柱塞泵、回热器、预热段、实验段、冷凝器、水箱等设备和管网附件构成；二次冷却回路主要由冷凝器、循环水泵、冷却水箱及管网附件等构成；数据测量系统主要包括质量流量计、快速反应热电偶、粒子图像测速法系统；实验段射流出口的几何设计以钠冷快堆堆芯出口组件头的实际结构为依据，本实验系统及方法具有实验过程可视化，实验精度高、工况切换简单易行等优点，对钠冷快堆堆芯出口的冲击射流搅混特性的研究具有重要意义。

技术领域

本发明属于钠冷快堆堆芯技术领域，具体涉及到一种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。

背景技术

钠冷快堆因其在固有安全性以及可增殖核燃料、嬗变长寿命放射性废物等方面的优势，是第四代先进反应堆中研发较快的堆型之一。池式钠冷快堆采用液态金属钠作为冷却剂，在设计中大部分设备都放置于池内，堆芯采用盒式设计，是典型的闭式燃料组件，快堆组件出口区域包括组件头、导流管、蜂窝式定位格架、测量探针等复杂结构。

复杂的堆芯出口结构导致出口区域的流动状态极其复杂，在堆芯出口处出现明显的冲击射流搅混现象，温度波动剧烈，且钠冷快堆运行过程中冷却剂温度高，并且由于液态金属钠导热系数大，液钠冲击射流产生的温度振荡更容易传递给固体结构，给堆芯出口区域结构带来严重热疲劳危害，对反应堆的安全性和可靠性产生影响，国际上曾发生过多次由于温度长期剧烈振荡产生的钠冷快堆堆芯出口区域结构失效事件。因此，钠冷快堆堆芯出口区域不同温度冷却剂冲击射流是快堆结构设计中必须要考虑的重要热工水力现象，也是国际上快堆研究的热点。

对于流体的射流搅混研究工作，国内外多以简单通道的冲击射流过程进行研究，例如张东伟公开发表的一篇文献(张东伟，何雅玲，王勇，陶文铨.平行板叠末端交变流场的可视化实验研究.工程热物理学报，Vol.33,No.3,p.383-387)中运用粒子图像测速法技术进行了以气体作为流动介质的板叠后射流流场实验研究及窄矩形通道双射流研究等。

A.V.Zhukov等学者公开发表的一篇文献(A.V.Zhukov，E.P.Ivanov，S.N.Kovtun，et al.Experiments on mixing of sodium jets of a different temperature inspace above fuel pin heads in fast reactor subassembly of BN-350and BN-600types[J].State Scientific Center Institute of Physics and PowerEngineering，obninsk,Russia,1994.)中对俄罗斯BN系列快堆燃料棒组件头部以上腔室中不同温度钠射流的搅混做了实验研究。实验的主要目的是要研究稳态情况下，堆芯上腔室中的钠温控制和液钠温波动情况。

但是国内外针对射流搅混现象的研究工作虽然很多，但多以简单通道的冲击射流过程进行研究，而对于钠冷快堆来说，冲击射流现象与快堆堆芯出口设计结构及整个堆的运行特点密切相关，单纯的简单通道的冲击射流现象研究无法满足钠冷快堆的设计要求。除此之外，液态金属钠化学性质活泼，易燃易爆，在快堆堆芯出口复杂结构下的冲击射流过程非常复杂，直接在钠回路台架上开展存在着测量以及控制方面的难题，同时由于液态金属的透光性极差，实验过程中无法开展可视化实验，很难对射流搅混的细节进行直观再现。

故而要准确掌握快堆堆芯出口复杂结构下的冲击射流特性，需要针对特定出口的设计形式基于相似原理设计专门的缩比原型实验台架进行模化试验系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种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，是一种基于相似原理下针对特定出口设计形式的缩比原型实验台架模化试验系统，对钠冷快堆堆芯出口复杂结构下的冲击射流搅混现象进行研究。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：