[发明专利]一种核反应堆工程量级双层熔池传热特性试验装置

说明书

一种核反应堆工程量级双层熔池传热特性试验装置，该试验装置包括试验段、盖板、电加热元件、隔板和测温组件，本发明试验装置可用于研究核反应堆工程量级下双层构型熔池(上部金属层+下部氧化熔融池)的自然对流换热特性，获得不同工况下氧化熔融池向上和向下的传热特性以及金属层向侧壁的传热特性，分析金属层厚度和高度对双层熔池传热特性的影响，为金属层的热聚焦效应研究提供重要依据；本发明试验装置结构简单、安全性好、可操作性强，能够满足核反应堆工程量级下双层熔池传热特性研究的试验需求。

技术领域

本发明涉及核电厂严重事故下封头熔融池传热特性研究技术领域，具体涉及一种核反应堆工程量级双层熔池传热特性试验装置。

背景技术

当核电厂压水堆发生严重事故时，产生的堆芯熔融物会迁移至压力容器下封头内形成熔融池。熔融池的流动传热特性对下封头壁面热负荷分布以及外部冷却能力有着重要的影响，是严重事故缓解策略IVR关注的重点对象。目前，国内外已经开展过一些关于熔融池传热特性的试验研究，所得出的换热关系式无法满足核反应堆工程量级下的实际需求。此外，国内外的大部分研究都是针对单层熔池构型开展的，对于两层构型熔融池的传热特性研究很少。而基于真实反应堆材料所开展的RASPLAV和MASCA试验结果表明，熔融池在稳态下会形成上部金属层下部氧化层的两层熔融池构型。

例如，文献(Zhang L.T.,Zhang Y.P.,Zhao B.,Ma W.M.,Zhou Y.K.,Su G.H.,Tian W.X.,Qiu S.Z.,(2016a),COPRA:A large scale experiment on naturalconvection heat transfer in corium pools with internalheating.Prog.Nucl.Energy 86,132-140.)公开了一种熔池换热特性试验装置，试验装置主体为1/4圆切片结构。试验采用电加热棒模拟衰变热，选择非共晶硝酸盐混合物模拟熔融物，得到了单层氧化熔融池的向下传热关系式。但该试验没有拟合出下部氧化熔融池向上传热的换热关系式，也无法模拟上部金属层的导热过程。同时，它还忽略了1/4圆切片试验段所存在的壁面效应影响。

又如，中国专利申请号CN 201310550382，公开了一种高瑞利数耦合传热特性测量和评估装置，包括试验本体和辅助系统，其特征在于：所述试验本体为圆筒状容器，包括上板、下板和侧壁，下板用于加热，上板和侧壁采用独立的循环冷却回路进行冷却。试验研究了单层金属层的传热特性，验证了相关传热关系在高功率核反应堆真实工况下的适用性。但该试验装置并没有获得熔融池自然对流换热关系式，更无法模拟双层熔融池的传热特性。

再如，文献(Theerthan SA,Kolb G,Sehgal BR.Double diffusive convectionin a semicircular slice with internal heat generation in one or both layers[J].Experimental heat transfer,2001,14(4):283-297.)公开了一种熔融池传热特性试验装置，试验装置的主体为半圆切片结构，分别采用盐水和纯水、纯水和石蜡油作为试验工质模拟双层熔池结构。试验研究了两层熔池混溶性、密度差和内热源分布等因素对传热特性的影响。由于该装置尺寸较小，无法获得核反应堆工程量级下熔融池的特性参数，而且水、盐水和石蜡油也无法反映真实熔融物作为非共晶混合物的凝固特性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种双层熔池传热特性试验装置，能够模拟核反应堆工程量级下双层熔池在多种工况下的传热特性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：