一种模拟蒸汽发生器传热管破裂的多功能实验装置

本发明涉及铅基反应堆，具体涉及一种模拟蒸汽发生器传热管破裂的多功能实验装置。

背景技术：

1、铅基反应堆是以液态金属铅或铅铋共晶体(lead-bismuth eutectic-lbe)为冷却剂的先进四代堆，具备优良的中子物理、热工水力和化学惰性等固有安全特性，是最具发展前景的先进核反应堆候选堆型，有望成为首个实现商业示范的第四代核能系统。

2、蒸汽发生器(steam generator-sg)作为其内部核热传输的核心部件，也是反应堆一回路和二回路压力与传热的重要边界，与堆芯一起浸没在一回路容器冷却剂内。尽管铅基反应堆具有固有安全、易小型化、可持续性等诸多优点，但同时也为核反应堆关键设备的安全性及事故研究提出了新的研究课题。由于蒸汽发生器传热管两侧存在较大压力差和温度差，一旦发生蒸汽发生器换热管破裂(steam generator tube rupture-sgtr)事故，高压过冷的二次侧水将注入一次侧高温液态铅铋中，过冷水在泄压及高温铅铋加热双重作用下，在铅铋中发生闪蒸和蒸汽爆炸，同时由于二次侧压力骤降，二次侧管内高压水也会出现临界喷放现象，给铅基反应堆堆芯和其它堆内构件造成严重伤害。

3、因此，如何设计出一种既能实现高压过冷水入射模拟介质实验研究，又能实现管内高压水喷放实验研究的多功能实验装置，对于揭示蒸汽发生器破口事故的特征和发生机理，都具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种模拟蒸汽发生器传热管破裂的多功能实验装置，该多功能实验装置可进行管内高压水喷放实验和高压过冷水入射高温介质实验，有助于准确揭示喷放过程中气液两相作用机理和蒸汽发生器破口事故的温度压力瞬变特征。

2、为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供的一种模拟蒸汽发生器传热管破裂的多功能实验装置，包括喷放实验段、温度压力测量实验段、气体稳压罐、高压注水罐、安全罐、爆破装置和模拟介质储罐等。

4、所述喷放实验段两面透光，是观测喷放过程中末端管道内流型演变的实验段；所述高压注水罐单面透光，用于加热过冷水和记录水位下降过程；所述气体稳压罐是给过冷水加压的压力容器，所述模拟介质储罐用于加热和储存模拟介质，所述安全罐用于储存实验后的混合物；所述温度压力测量实验段用于采集过冷水入射或喷放后的温度压力数据。

5、优选地，所述气体稳压罐和高压注水罐之间连有注气管路，注气管路上安装有单向针阀；所述高压注水罐和温度压力测量实验段之间连有注水管路，注水管路上安装有喷放实验段、电磁阀和爆破装置；所述模拟介质储罐和温度压力测量实验段之间连有注油管路，注油管路上安装有单向的耐高温针阀，以便于将加热到目标温度的模拟介质注入温度压力测量实验段；温度压力测量实验段和安全罐之间连有混合物管路，混合物管路上也安装有单向的耐高温针阀。

6、优选地，所述高压注水罐开有石英玻璃视窗，使用高速摄像机拍摄水位下降过程；

7、和/或，所述温度压力测量实验段最高承压4mpa，耐温250℃，布置有3个压力测点和40个温度测点；

8、和/或，所述喷放实验段为耐热承压玻璃制造，玻璃管内是与注水管路同内径同心的圆形流道，管外相同高度处布置有高速摄像机和led背景灯，拍摄临界喷放过程中的流型演变；

9、和/或，所述爆破装置包括喷管、爆破片和夹持器，用于控制入射压力和破口直径，所述喷管插入温度压力测量实验段内；

10、和/或，所述气体稳压罐内充满氩气；

11、和/或，所述模拟介质为导热油。

12、优选地，所述气体稳压罐、高压注水罐、模拟介质储罐和安全罐均安装有安全阀和带滑轮的支架，所述安全阀用于容器内压力超限时的自动泄压，所述带滑轮的支架以便于各罐体的移动。

13、优选地，所述高压注水罐、温度压力测量实验段和模拟介质储罐安装有加热装置，所述注水管路和注油管路上也安装有伴热装置，加热装置和伴热装置均为加热带，并配有电压可调的输入电源。

14、优选地，作为一种可实施方式，所述多功能实验装置包括铠装热电偶、高频压力传感器和数据采集系统，所述铠装热电偶、高频压力传感器安装在温度压力测量实验段上，并与数据采集系统相连接。

15、和/或，所述多功能实验装置还包括高速摄像机、led背景灯和计算机，所述高速摄像机安装在高压注水罐和喷放实验段的正前方，并与计算机相连接。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、1、本发明提出的多功能实验装置可扩展性强，可以根据实验所需条件灵活更换实验液体、爆破装置和喷放实验段等，方便在各种实验工况间快速切换，实现管内高压水喷放实验研究和高压过冷水入射高温介质实验研究。

18、2、喷放实验段采用耐热承压玻璃制造，玻璃管内是与注水管路同内径同心的圆形流道，管外相同高度处布置有高速摄像机，可拍摄临界喷放过程中的流型演变，有助于揭示管内高压水喷放过程中气液两相作用机理。

19、3、温度压力测量实验段上布置有3个压力测点和40个温度测点，有助于揭示模拟介质与水相互作用的温度压力瞬变特征，为开发水-液态金属相互作用的相间换热模型及体积膨胀模型提供充足的实验数据。

技术特征：

1.一种模拟蒸汽发生器传热管破裂的多功能实验装置，其特征在于，包括喷放实验段、温度压力测量实验段、气体稳压罐、高压注水罐、安全罐、爆破装置、模拟介质储罐以及管阀件。

2.根据权利要求1所述的多功能实验装置，其特征在于，所述喷放实验段为耐热承压玻璃制造，玻璃管内是与注水管路同内径同心的圆形流道，管外相同高度处布置有高速摄像机和led背景灯，拍摄临界喷放过程中的流型演变；

3.根据权利要求1所述的多功能实验装置，其特征在于，所述管阀件包括耐高温针阀、电磁阀、安全阀、注水管路、注气管路、注油管路和混合物管路，管路上的针阀和电磁阀确保流体的单向流通；安全阀安装在气体稳压罐、高压注水罐、模拟介质储罐和安全罐上，确保容器内的压力在允许范围内。

4.根据权利要求1所述的多功能实验装置，其特征在于，所述高压注水罐、温度压力测量实验段、模拟介质储罐、注水管路和注油管路表面安装有加热带，并配有电压可调的输入电源。

5.根据权利要求1所述的多功能实验装置，其特征在于，包括铠装热电偶、高频压力传感器和数据采集系统，所述铠装热电偶、高频压力传感器安装在温度压力测量实验段上，并与数据采集系统相连接。

6.根据权利要求1所述的多功能实验装置，其特征在于，包括高速摄像机、led背景灯和计算机，所述高速摄像机安装在高压注水罐和喷放实验段的正前方，并与计算机相连接，拍摄水位下降过程和管内高压水的喷放过程。

7.根据权利要求1所述的多功能实验装置，其特征在于，该多功能实验装置可进行管内高压水喷放实验和高压过冷水入射高温介质实验，有助于准确揭示喷放过程中气液两相作用机理和蒸汽发生器破口事故的温度压力瞬变特征。

技术总结本发明公开了一种模拟蒸汽发生器传热管破裂的多功能实验装置，包括喷放实验段、温度压力测量实验段、高压注水罐、气体稳压罐、安全罐和模拟介质储罐。喷放实验段为耐热承压玻璃制造，玻璃管内径与注水管内径一致，用于拍摄管内高压水喷放的流型演变。本发明的优势在于该多功能实验装置可拓展性强，既能实现高压过冷水入射模拟介质实验研究，又能实现管内高压水喷放实验研究，有助于准确揭示喷放过程中气液两相作用机理和蒸汽发生器破口事故的温度压力瞬变特征。技术研发人员：卢涛,周书华,郝睿智,王硕,姜文殊受保护的技术使用者：北京化工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29