[发明专利]基于反应堆第4级降压系统T型管夹带试验系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及蒸汽水两相流热工水力试验研究领域，具体涉及一种基于核电厂反应堆第4级自动降压系统(ADS-4)的T型管夹带试验系统及方法。

背景技术

在AP1000中，自动降压系统(AutomaticDepressurizationSystem,ADS)共分为四级，其功能是以可控的方式降低事故期间反应堆冷却剂系统压力以便进行安注。其中，ADS-1/2/3级降压管线各两套，并联成两组与稳压器顶部接管连接，出口处通过同一个降压管线与IRWsT中喷洒器相连；两条ADS-4降压系统管线则分别连接在反应堆两环路中热管段的顶部，出口直接通入蒸汽发生器间隔。反应堆事故发生后，ADS四级降压系统根据堆芯补水箱(CMT)水位情况依次开启。其中，第2、3级降压系统需在前一级降压系统开启后延迟一定时间后才可开启，第4级降压系统在前三级降压系统全部开启后且压力降低到一定程度时开启。ADS-4阀门打开后，反应堆一回路通过ADS-4管路向蒸汽发生器所在隔间喷放泄压。ADS-4降压系统开启时，ADS-4接管进出口的压差引发蒸汽裹挟着水平热管段液相流体中部分液相进入竖直向上的ADS-4管段，这种现象称作液相夹带。液相夹带发生时，回路中液相被蒸汽夹带如ADS-4管线并最终排放至安全壳环境中。被夹带出的液量直接影响一回路中液体装量的多少，与堆芯裸露程度息息相关。因此，对于液体夹带量的研究是十分必要的。

现阶段国内外针对反应堆为背景的ADS-4的T型管夹带的研究还很不充分，无法掌握液相夹带的相关规律。已有的夹带实验也往往存在不足，无法反映反应堆中的真实情况。商用软件RELAP5中采用的夹带模型就存在明显缺陷，严重低估了T型管夹带时的液体夹带量，从而不能准确预测堆芯裸露的严重工况。

在国内外的液相夹带研究中，Smoglie、Reimann等人(C.Smoglie,J.Reimainn,two-phaseflowthroughsmallbranchesinahorizontalpipewithstratifiedflow,int.J.multiphaseflow[J].Vol.12,No.4,PP.609-625,1986；C.Smoglie,J.Reimainn,U.twophaseflowthroughsmallbranchesinahorizontalpipewithstratifiedflow[J].NuclearEngineeringandDesign,99(1987)117-130；C.Smoglie,twophaseflowthroughsmallbranchesinahorizontalpipewithstratifiedflow[J].KFK3861,(Dec.1984))采用空气/水为工质，使用不同内径的支管进行试验，根据所得数据总结了夹带起始和夹带率公式。但本试验中采用的支管直径与主管直径的比值(d/D)均不到0.2，与真实反应堆中0.58的比值相差较远，无法模拟反应堆中真实情况。此外，此试验只涉及分层流流动，不适用于反应堆中真实的环状流、间歇流等流型。

此外，除了Schrock等人的夹带研究使用了蒸汽/水为工质外，其余人的研究均是采用空气/水为工质的。这并不符合反应堆内的实际情况。

目前针对ADS-4的模拟实验主要有APEX，VAPORE，SPES-2和ATLATS。APEX，VAPORE均为综合型实验台架，研究更多的整体效应，缺乏对夹带机理的单项实验研究。ATLATS实验装置以AP600为原型，得到了夹带起始和稳态夹带率经验关系式。但该实验偏向于工程化研究，目前对于大尺寸支管的机理化研究还很不足。

肖全安、朱瑞安(肖全安,朱瑞安,水平T型管中气水两相流体的分配特性研究[J],核动力工程,Vol.14,No.5,Oct.1993)T型管夹带实验中使用的试验台架只能进行空气/水为工质的夹带实验，与反应堆中真实工程情况相差甚远。

在中国专利公开第CN103594128A号中，同样介绍了一种基于ADS-4系统的实验装置。该实验装置偏向于工程化研究，实验过程中流型复杂紊乱，不利于得到合理的数据，数据的不确定度较大。且该装置无法进行双端进气液相夹带实验。

在中国专利公告第CN2828527Y号中，介绍了一种T型管连接件，其优点是拆装方便，两管件连接成为T型管后，表面无须打磨。但该发明使用的均为钣金件，无法进行可视化研究。

发明内容