[发明专利]一种海洋熔盐微堆球床堆芯可视化流动传热实验系统

说明书

本发明公开了一种海洋熔盐微堆球床堆芯可视化流动传热实验系统，包括依次连接的冷却剂储存罐、高温离心泵、预热器、混合器、质量流量计、球床堆芯实验段、换热器，混合器具有两个出口，混合器的第一出口连接流量脉动发生器，混合器的第二出口连接质量流量计的入口；流量脉动发生器以正弦速度周期性吸入与压出冷却剂，球床堆芯实验段为透明且耐高温的玻璃，包括流动特性可视化测量区和传热特性测量区。该实验系统能够获得脉动流作用下高温氟盐在球床堆芯间的流动传热特性，为海洋熔盐堆设计及安全分析提供实验数据及准则模型支撑。

技术领域

本发明属于先进核反应堆热工水力领域，尤其涉及一种海洋熔盐微堆球床堆芯可视化流动传热实验系统。

背景技术

第四代先进核能系统熔盐堆采用低压、高热容氟盐冷却剂，固有安全性高，堆芯设计可更紧凑、小型化；可输出高于700℃高温核热，在零碳排放动力供给、海水淡化等方面具有显著优势。经济高度全球化对于海运需求旺盛，但海运业温室气体排放问题尖锐，联合国国际海洋组织已强制要求海洋船运设施2050年碳排放较2008年降低50％。我国海运量占全球超过1/4，海运面临的减排任务更为艰巨。基于此，美国泰拉能源、南方公司联合英国CorePower等公司成立熔盐堆开发联队，旨在美国能源部先进堆示范计划支持下开展用于高安全性海洋熔盐堆原型堆研究，实现海运船舶动力、电力供给零碳排放。海洋熔盐堆采用球床堆芯，运行温度高达600-700℃的高温氟盐冷却剂将堆芯核热导出。海洋熔盐微堆可与液态金属热管冷却技术耦合，通过热管进一步将核热传递至热电转换装置，并通过次级热管冷却系统将核废热导出至最终热阱或循环利用。高温氟盐普朗特数(18-20)远高于水等常规介质(0.7-7)。受球床堆芯内复杂孔隙流道结构影响，球表面边界层未充分发展即被相邻燃料球破坏，较常规冷却剂通道呈现更迅速的流型转变及更强的传热能力，因而高温氟盐在球床堆芯内呈现出与常规流体、常规通道不同的传热机制。海洋熔盐堆受风、浪、泳等海洋独特载荷作用，平台发生有规律的周期性晃动，反应堆系统回路内流量呈周期性变化，形成脉动流。脉动流作用下氟盐冷却剂在球床堆芯流动转捩点发生偏离，氟盐与燃料球间传热特性较稳态工况发生改变，流场与温度场发生波动。准确认识海洋熔盐堆球床堆芯高温氟盐流动传热特性对于海洋熔盐堆设计及运行极为关键。脉动流作用下氟盐在球床堆芯流动传热特性研究较少，脉动流对于氟盐与球型燃料元件间流动传热的影响机理研究处于空白。

发明内容

本发明的目的在于提出一种海洋熔盐微堆球床堆芯可视化流动传热实验系统，该实验系统能够获得脉动流作用下高温氟盐在球床堆芯间的流动传热特性，为海洋熔盐堆设计及安全分析提供实验数据及准则模型支撑。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种海洋熔盐微堆球床堆芯可视化流动传热实验系统，包括实验回路，所述实验回路包括冷却剂储存罐、高温离心泵、预热器、混合器、流量脉动发生器、质量流量计、球床堆芯实验段、换热器，其中，所述冷却剂储存罐的出口连接所述高温离心泵的入口，所述高温离心泵的出口连接所述预热器的入口，所述预热器的出口连接所述混合器的入口，所述混合器的第一出口连接所述流量脉动发生器，所述混合器的第二出口连接所述质量流量计的入口，所述质量流量计的出口连接所述球床堆芯实验段的入口，所述球床堆芯实验段的出口连接换热器的入口，所述换热器的出口连接所述冷却剂储存罐的入口；

所述流量脉动发生器以正弦速度周期性吸入与压出冷却剂，所述球床堆芯实验段为透明且耐高温的玻璃，包括流动特性可视化测量区和传热特性测量区。

优选地，所述流量脉动发生器包括驱动单元、传动单元、活塞杆和活塞罐，所述活塞罐连接所述混合器的第一出口，所述传动单元的执行端固连所述活塞杆，所述活塞杆与所述活塞罐间隙配合，所述驱动单元用于驱动传动单元，进而驱动所述活塞杆水平以正弦速度直线往复运动。