[发明专利]小型氟盐冷却高温堆燃料组件流动换热实验系统及方法

说明书

本发明公开了一种小型氟盐冷却高温堆燃料组件流动换热实验系统及方法，该实验系统采用导热油Dowtherm A作为高温氟盐FLiBe的模化工质，能够开展不同温度和流量条件下的流动传热特性实验，可以获得小型氟盐冷却高温堆螺旋十字型燃料组件在高普朗特数流体中的流动传热关系式；实验系统的实验段可被更换代替，既能对螺旋十字型单棒和棒束通道开展实验研究，也能为包括圆柱型、球型和板型等燃料组件形式的流动传热实验提供选择。本发明能为程序开发、堆芯设计和安全分析提供数据支撑，有利于小型氟盐冷却高温堆的未来发展，助力碳达峰和碳中和。

技术领域

本发明涉及小型氟盐冷却高温堆技术领域，具体涉及一种小型氟盐冷却高温堆燃料组件流动换热实验系统及方法。

背景技术

小型氟盐冷却高温堆作为第四代反应堆堆型之一，其具有固有安全性高、经济性高、环境适应性强和防核扩散等特点，其采用高温氟盐FLiBe作为冷却剂，运行温度范围是600-700℃，普朗特数范围是12-19。高普朗特数流体与水、钠等低普朗特数流体流动换热特性具有较大区别，低普朗特数流体的流动传热关系式没有明确证明可以完全应用在高普朗特数流体，因此需要对高普朗特数流体开展实验研究，从而获得适用的流动传热关系式。

实验研究采用高温氟盐作为工质具有难度大、管路腐蚀严重、成本高等缺点，仅有极少数的研究机构采用高温氟盐完成了氟盐冷却球床高温堆堆芯和系统流动传热特性实验，但所获实验结果并不理想。目前，采用模化工质Dowtherm A代替高温氟盐开展实验研究备受关注，橡树岭国家实验室、加利福尼亚大学伯克利分校和西安交通大学等已经开展了高温氟盐模化实验研究，但对小型氟盐冷却高温堆的螺旋十字型燃料组件流动传热特性还没有相关研究。因此，研究高普朗特数流体在螺旋十字型燃料组件内的流动传热特性有助于开发数值计算程序，对小型氟盐冷却高温堆设计、安全分析和方案优化具有重要意义。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种小型氟盐冷却高温堆燃料组件流动换热实验系统及方法，采用低温导热油Dowtherm A作为模化工质，开展小型氟盐冷却高温堆的模化实验研究，获得在不同流量和温度条件下的螺旋十字型燃料组件流动传热实验数据，拟合流动与传热实验关系式，为堆芯设计、数值模型验证以及系统安全分析提供数据支撑。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种小型氟盐冷却高温堆燃料组件流动换热实验系统，包括主回路系统1、排气系统2、冷却系统3、充排油系统4和充气系统5；