[发明专利]一种研究蒸汽发生器内放射性物质滞留特性的实验系统

说明书

本发明提供一种研究蒸汽发生器内放射性物质滞留特性的实验系统，主要包括二次侧液相环境模拟系统、二次侧补给水系统、气体及放射性模拟物配送系统以及测量系统，利用二次侧液相环境模拟系统作为承压边界及蒸汽发生器模拟体，结合管束结构式电加热装置来模拟工作状态下传热管束区内的沸腾换热环境，同时通过变截面结构设计来模拟在蒸汽发生器内部极高的含气率及表观气速的气液两相环境，此系统可适用于较为宽泛的实验条件，可实现对不同事故进程条件下蒸汽发生器内放射性物质滞留特性的研究，同时采用PID控制设计，减少了实验操作及控制的复杂性，提高了实验工况的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种研究核电厂蒸汽发生器内放射性物质滞留特性的实验系统，可以对不同事故进程条件下的气相及液相环境进行模拟，主要用于研究在核电厂发生严重事故时，在蒸汽发生器内部的放射性物质迁移滞留现象。

背景技术

随着社会的不断发展，各行业对于能源的需求日益严重，而核电作为一种清洁高效的能源在世界范围内得到了广泛的应用。但是由于其拥有极大的危险性，需要针对其失控造成的严重事故进行严格的危险评估，而其中最严重的威胁则是由于放射性物质的外泄造成的放射性污染，所以对核电厂严重事故条件下放射性物质迁移特性的研究是目前研究的重点。而池式过滤是反应堆严重事故进程中涉及的重要物理现象，在多种反应堆设施中均存在，其中最典型的即为蒸汽发生器传热管破口事故(SGTR)。在此过程中由于堆芯熔毁等原因产生的放射性物质会随着不凝性气体或水蒸汽进入液相中，一部分放射性物质会滞留在液相中，也有一部分会进入气空间，释放出去的放射性物质会导致整个二回路系统甚至厂房遭受放射性污染的风险，放射性物质在液相中的滞留特性将会对事故后期安全壳内的放射性浓度产生重要的影响，因此，准确掌握放射性物质在液相中的滞留效率，对于合理评价事故工况下安全壳内的放射性物质的浓度水平，以及制定相应的事故缓解措施都有重要意义。

而根据事故进程的不同，池洗过滤现象也不尽相同，文献“Technical Bases andUser’s Manual for the Prototype of a Suppression Pool Aerosol Removal Code(SPARC).(Owczarski,P.C.,Schreck,R.I.1985)”提出可以将其分为三个部分，一是高温混合气体在压差的驱动下，由气相空间排入液相中，气体在与液相的初始接触阶段，由于排放气体压力较高，会在排放管口处形成射流条件，即存在明显的气相核心区域，射流区内气液两相由于悬殊的密度差、速度差和温度差，发生着复杂的质量、动量和能量交换过程，气相中携带的放射性物质也会在此过程中与液相接触而被滞留下来。随着射流形态的发展，主流气体能量不断被耗散，最终速度减慢分散成不同尺度的离散气泡，这些气泡在自身浮力的作用下向上运动，形成池式鼓泡条件，在气泡穿过液相的整个过程中，气相中携带的放射性物质会在惯性力及扩散力等多力场的作用下在气-液界面处发生质量传递现象，使得部分放射性物质由气相转移至液相并被滞留下来。最后是当气泡上浮到液面区域时，由于液膜破碎形成的微小液滴，有可能被上升气流携带进入气空间，造成放射性物质的二次释放。但是由于事故的不同，也可能存在其他放射性物质的滞留释放现象，比如在蒸汽发生器传热管破口事故中，由于传热管未失效，仍旧存在大量的蒸汽泡产生，这也会造成放射性的二次释放。由于在池洗过程中存在复杂的气液两相环境和边界条件，如何对事故现象中的气相及液相环境进行模拟是实验进行的关键。