[实用新型]一种在试验条件下测定气溶胶浓度和行为的试验系统

说明书

本实用新型涉及安全壳内气溶胶试验技术领域，具体公开了一种在试验条件下测定气溶胶浓度和行为的试验系统。该系统包括试验容器，以及与试验容器同时相连接的气溶胶发生系统、水温控制系统、蒸汽发生系统、气溶胶测量系统以及氢气燃烧系统，其中，试验容器为侧壁带有夹层的筒体结构，其通过水温控制系统对试验容器内部的温度进行控制；气溶胶发生系统可产生气溶胶并输送至试验容器；蒸汽发生系统可为试验容器提供固定温度的饱和蒸汽；氢气燃烧系统通过对氢气燃烧控制，为试验容器生成所需的膨胀气流。该系统能够尽可能提供真实气溶胶环境的试验模拟，方便系统、全面对三代核电厂的非能动安全壳内气溶胶迁移行为进行试验模拟研究。

技术领域

本发明属于安全壳内气溶胶试验技术领域，具体涉及一种在试验条件下测定气溶胶浓度和行为的试验系统。

背景技术

在传统的第二代压水堆中，一般采用干式密封安全壳。安全壳由钢筋混凝土制成，并专门设置了安全壳喷淋系统，可以在事故工况下，降低安全壳内的压力和温度。第三代大型先进压水堆AP1000中设置了非能动安全壳冷却系统，该系统由一台与安全壳屏蔽构筑物结构合为一体的储水箱、从水箱经由流量分配装置将水输送至安全壳壳体的管道，以及相关的仪表、管道和阀门构成。

核电厂在严重事故情况下，放射性物质以气体、蒸汽、气溶胶形式释放。其中，气溶胶是悬浮在气体中的固态或液态颗粒，是放射性物质释放的主要载体，其在空间中扩散、分布和沉积等过程，在反应堆严重事故安全领域受到重点关注。

在第二代压水堆安全壳中，气溶胶颗粒沉积机理以重力沉降为主，热泳、扩散泳和布朗扩散三种沉积机理相对次要。在第三代先进压水堆AP1000中，由于非能动安全壳冷却系统能够降低钢制安全壳温度，温度相对降低的安全壳形成冷壁，使固体表面和气空间的温度梯度增强，同时增强了安全壳内的蒸汽冷凝，影响了气溶胶的热泳、扩散泳沉积作用，进而影响了气溶胶在安全壳内的沉积情况。

目前国内外进行的气溶胶试验，主要以第二代压水堆安全壳作为研究对象。世界各国在研究严重事故情况下，核电厂安全壳内的气溶胶行为试验中，采用的安全壳模型如下所示。

1、DEMONA

DEMONA试验由德国联邦研究技术部(BMFT)和美国核管会(USNRC) 资助，在Battelle安全壳模拟试验装置上进行，研究压水堆堆芯熔化情况下气溶胶在安全壳内的自然移除现象。试验所用的钢筋混凝土结构安全壳模型容积为 626m3，与德国压水堆安全壳形状相似。内部分为多个隔室。在靠近底部的位置注入蒸汽来维持压力，以使安全壳气空间能较好地混合。

试验的主要特点有：(1)多隔室，各隔室热工水力情况不同；(2)考虑局部凝结及其对气溶胶沉积的影响；(3)饱和蒸汽、过饱和蒸汽环境中，不溶气溶胶、吸湿气溶胶的行为；(4)氢气爆燃对气溶胶行为的影响(干燥再悬浮)。

Battelle安全壳模型为钢筋混凝土结构，划分为9个隔室，隔室间有开口相连。在试验开始时注入蒸汽加热安全壳，吸湿的NaOH气溶胶由3个等离子体炬产生并分别在两个不相邻的时间段注入到隔室内。

在安全壳模型中的7个位置设置远程控制的过滤器测点，用来测量气溶胶浓度和粒度分布。每个测点设置12个过滤器样本，其中8个过滤器样本测量气溶胶浓度随时间的变化，另外4个过滤器样本测量气溶胶粒度分布。通过对过滤器沉积量称重，并测量通过过滤器的气流体积可以得出气溶胶浓度。典型测量误差为测量值的12％～30％。为了得到颗粒粒度分布，4个过滤器必须沉积相对少量的气溶胶材料(沉积量小于单层颗粒)。使用扫描电子显微镜观察过滤器，并用半自动光学方法(假定沉积的颗粒均为球形)计算颗粒数量分布和质量分布。

2、KAEVER