[发明专利]一种压力容器外部冷却试验系统和方法

权利要求书

1.一种压力容器外部冷却试验系统，其特征在于，所述压力容器外部冷却试验系统包含压力容器外部冷却试验件，用于存放和熔化低熔点金属的高温熔池，存放试验过程所需冷却水的试验水箱，试验件外侧的流道结构，氮气源，备用水箱、去离子水设备，空冷器、配电柜、仪表控制设备和数据采集设备；具体组成为试验件(1)外侧设置流道结构(3)，并放置在试验水箱(2)中，试验水箱(2)内布置有第二电加热器(502)，在试验水箱(2)上部和备用水箱(6)上部之间的旁通管道上安装有第404阀门和第三流量计(203)，同时试验水箱(2)与氮气源(5)相连接，该连接管道上布置有第407阀门、第410阀门和第二压力传感器(702)；试验水箱(2)下部通过水泵(301)、第一流量计(201)和第403阀门与备用水箱(6)下部连接；备用水箱(6)上部通过第401阀门和去离子水设备(7)下部连接；备用水箱(6)顶部通过第402阀门、第一温度传感器(601)与空冷器(8)连接；所述备用水箱(6)内安装有第一电加热器(501)和第二温度传感器(602)，备用水放净阀(412)；空冷器(8)再通过第二流量计(202)、第405阀门与试验水箱(2)的上部连接；试验水箱(2)底部安装有试验水放净阀(411)；试验件(1)顶部通过第一压力传感器(701)、第406阀门与第407阀门、第410阀门的公共节点连接；试验件(1)顶部通过液态金属接管(106)、第408阀门与高温熔池(4)及其内的液态金属输送管(109)相连，高温熔池(4)通过第三压力传感器(703)、第409阀门与氮气源(5)相连接；高温熔池(4)内布置有第三电加热器(503)，高温熔池(4)安装有第四温度传感器(604)；在压力容器外部冷却试验系统外配置配电柜(9)、仪表控制设备(10) 和数据采集设备(11)。

2.根据权利要求1所述一种压力容器外部冷却试验系统，其特征在于，所述试验件(1)顶盖中央安装驱动电机(101)及其叶轮(102)，在试验件(1)内腔内，围绕叶轮(102)固定内循环流道结构(103)，在内循环流道(103)与内壁之间，用于加热液态金属的电加热系统(104)固定在顶盖上，试验件壳体(105)中间设置隔热层(110)，试验件壳体(105)与压力容器下封头(107)分别安装有试验件壳体连接件(113)和下封头连接件(114)，两个连接件通过螺栓连接，连接件间放置有特制的耐高温密封件(115)，连接件由耐高温隔热水泥(112)进行隔热保护，同时在耐高温隔热水泥(112)外侧安装耐高温防水隔热密封件(116)；在驱动电机(101)周围布置的液态金属接管(106)和第一压力传感器(701)固定在顶盖上，其中液态金属接管(106)插入液态金属(108)内；多个第五温度传感器(605)在电加热系统(104)附近固定在顶盖上，并插入液态金属(108)内，插入深度不同，以测量试验件内不同高度位置的液态金属(108)的温度；第六温度传感器(606)、第七温度传感器(607)分别固定在压力容器下封头(107)的内壁和外壁；第六温度传感器(606)用于测量试验件压力容器下封头(107)内侧附近不同倾角处的液态金属温度，第七温度传感器(607)用于测量压力容器下封头外表面的壁温；所述试验件内液态金属接管可延长至试验件的底部，通过向试验件上部注入氮气，同时对液态金属接管进行预热，从而将液态金属从试验件输送回高温熔池，如此能够实现压力容器下封头的更换，从而能够研究不同结构表面的沸腾换热性能。

3.根据权利要求1所述一种压力容器外部冷却试验系统，其特征在于，所述高温熔池的体积容量必须大于试验件(1)内液态金属充满的体积容量，其两者容量比为(1.2:-1.5)：1。

4.根据权利要求1所述一种压力容器外部冷却试验系统，其特征在于，所述压力容器下封头为变厚度的封头，外表面为半径R的半球形，内表面为类球形；实际核反应堆在严重事故工况下的热流密度沿压力容器下封头从完全朝下即倾角0°到竖直即倾角90°逐渐增加，液态金属由于热导率高，近似认为液态金属沿着压力容器下封头温度变化很小，因此据此设计变厚度的压力容器下封头，倾角0°的厚度为δ₂，倾角90°的厚度为δ₁，根据热流密度的分布特性，δ₂>δ₁。