[发明专利]一种低压临界热流密度实验系统及实验方法

说明书

本发明涉及一种低压临界热流密度实验系统及实验方法。该系统包括介质流量测量管段、预热管段、实验加热管段、介质上升管段、冷凝器、介质下降管段、第一三通阀、连接管路、第二三通阀以及供水单元；第一三通阀的出水口、介质流量测量管段、预热管段、实验加热管段、介质上升管段、冷凝器、介质下降管段、第二三通阀、连接管路、第一三通阀的一个进水口沿着介质的流向依次连通，从而形成一个循环回路；供水单元与所述第一三通阀的另一个进水口连通用于向循环回路中提供循环介质。本发明的提出为脉冲堆工况下的循环流动换热特性和临界热流密度研究提供精确可靠的数据。

技术领域

本发明属于研究堆热工水力实验研究领域，具体涉及一种低压临界热流密度实验系统及实验方法。

背景技术

自然循环在工业中应用较为广泛，在一些公开的专利及非专利文献中都有相关技术的公开。

例如，专利1：中国专利公开号CN102661845A公布了一种可视化窄矩形自然循环系统，在该系统中采用窄矩形通道，采用可视化方法研究了窄矩形通道流动现象。专利2：中国专利公开号CN106066235A公开了超临界水窄通道自然循环装置及方法，其实验装置用于超临界水堆的换热特性研究。

脉冲堆属于池式研究堆，堆芯热量由堆池轻水自然循环导出，脉冲堆额定运行工况稳态运行额定功率为2.0MW，脉冲堆堆芯入口压力为0.16MPa，堆芯冷却剂平均流速为0.204m/s。脉冲堆运行工况属于低压低流量工况，目前该领域还没有针对低压低流量下的流动换热特性，尤其是低压低流量下出现两相流动时可能出现流动不稳定性进行相关研究的文献或专利公开。由于低压低流量工况的自然循环、加热功率、实验系统压力、进口过冷度和质量流量对临界热流密度的影响具有相互叠加作用，因此十分有必要研究上述因素对临界热流密度的影响规律，获得适用于脉冲堆运行工况下冷却剂流动临界热流密度预测经验关系式。

上述专利1由于采用窄矩形通道与脉冲堆冷却剂流动通道特征不符，因此该装置不适用于脉冲堆热工水力研究。

上述专利2的超临界水堆运行工况属于高温高压，而脉冲堆运行工况属于低温低压，因此该装置不适用于脉冲堆循环流动换热特性研究。

发明内容

本发明的目的是解决了现有循环系统都无法满足针对脉冲堆的循环临界热流密度进行研究的问题，提供了一种低压临界热流密度实验系统及实验方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种低压临界热流密度实验系统，包括介质流量测量管段、预热管段、实验加热管段、介质上升管段、冷凝器、介质下降管段、第一三通阀、连接管路、第二三通阀以及供水单元；

第一三通阀的出水口、介质流量测量管段、预热管段、实验加热管段、介质上升管段、冷凝器、介质下降管段、第二三通阀、连接管路、第一三通阀的一个进水口沿着介质的流向依次连通，从而形成一个循环回路；

供水单元与所述第一三通阀的另一个进水口连通用于向循环回路中提供循环介质；

实验加热管段包括第一热电偶、第二热电偶、测压仪、压差仪、加热组件以及筒体；

加热组件包括导热芯棒、螺塞、外导电管、陶瓷内管、陶瓷外管、连接管以及定位头；

外导电管同轴套设在导热芯棒的外部，导热芯棒位于外导电管内的部分外壁上设有陶瓷内管，相应外导电管的内壁上设有陶瓷外管，陶瓷内管和陶瓷外管之间形成一个环状腔室；

导热芯棒包括上部非加热段、中部加热段以及下部非加热段；

外导电管外壁上对应所述中部加热段的位置套设快速导热筒；

第一热电偶安装在所述中部加热段对应筒体上，其测头位于所述介质流通通道内，用于测量介质的温度；