[发明专利]减小冷凝冲击效应的鼓泡器优化方法

说明书

一种减小冷凝冲击效应的鼓泡器优化方法，根据蒸汽冷凝流型位于射流区时，蒸汽冷凝振荡频率最高且振幅最低，冷凝冲击作用对结构的影响最小的特性，对鼓泡器上小孔孔径与小孔分布进行优化，使得鼓泡器出口蒸汽冷凝流型为射流。本发明能够使得鼓泡器结构能够减小蒸汽冷凝冲击作用，提高核动力装置蒸汽冷凝排放过程中的安全性。

技术领域

本发明涉及的是一种核能电站控制领域的技术，具体是一种减小冷凝冲击效应的鼓泡器优化方法。

背景技术

非能动安全技术仅依靠重力、密度差等自然力为驱动力实现堆芯余热排出，提高事故情况下核动力装置的可靠性和安全性，是缓解事故后果的重要手段。在沸水堆中，当出现高能管道破裂时，通过破口释放的高温高压蒸汽将会造成安全壳压力快速升高。为抑制压力快速升高，在安全壳内设置抑压水池，当高温高压蒸汽进入安全壳干井造成干井压力升高时，由于压差混合气体进入抑压水池，进入抑压水池的蒸汽发生冷凝，不凝气体进入抑压水池气空间，抑压水池对安全壳内压力升高有明显的抑制效果。抑压管道连接安全壳干井和湿井，管道末端鼓泡器结构影响蒸汽冷凝特性，进而影响到安全壳卸压效果。

此外，沸水堆和压水堆非能动余热导出系统(ADS)是非能动堆芯冷却技术的一个关键系统，它能够将超压蒸汽导出到换料水箱中并通过喷头鼓泡器喷放冷却降压，便于外界继续向堆芯注水继续降压。鼓泡器将堆内高温高压蒸汽排放至内置换料水箱中，从而使一回路迅速降压，同时降低事故工况下安全壳内峰值压力、峰值温度，缓解事故后果。

国内外单位和研究机构对蒸汽抑压排放设计各种鼓泡器：德国KKW沸水堆采用单孔鼓泡器，但是根据相关研究，多孔鼓泡器相对于单孔鼓泡器，在蒸汽冷凝过程中产生的噪声小，对结构的冲击作用低；美国SBWR和欧洲ESBWR采用侧面单向鼓泡器，对结构的冲击作用大；韩国原子能科学研究院对鼓泡器结构也进行研究，但是上述研究都没有从减小冷凝冲击效应考虑进行鼓泡器的设计。

发明内容

本发明针对现有技术在核动力装置蒸汽冷凝卸压时会产生剧烈的振荡，可能对系统壁面产生冲击和机械损伤的缺陷，提出一种减小冷凝冲击效应的鼓泡器优化方法，能够使得鼓泡器结构能够减小蒸汽冷凝冲击作用，提高核动力装置蒸汽冷凝排放过程中的安全性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明根据蒸汽冷凝流型位于射流状态时，蒸汽冷凝振荡频率最高且振幅最低，冷凝冲击作用对结构的影响最小的特性，对鼓泡器上小孔孔径与小孔分布进行优化，使得鼓泡器出口蒸汽冷凝流型为射流。

所述的射流是指:当流速u大于液滴的最小夹带速度u_ent时，将会产生射流现象；鼓泡器出口流速其中：W为蒸汽质量流量，ρ_g为蒸汽密度，n为小孔个数，S为单个孔的面积，最小夹带速度σ为水的表面张力，g为重力加速度，ρ_l为水池中水体密度。

所述的射流区，通过单位面积蒸汽流量分析流型得到，根据国内外相关研究，水池温度为20-40℃时，当单位面积蒸汽流量W_S大于100kg/m²s而小于300kg/m²s时，蒸汽冷凝流型位于冷凝振荡射流区，当单位面积蒸汽流量W_S大于300kg/m²s时，蒸汽冷凝流型位于稳定冷凝射流区。

所述的优化，是指：由于核动力装置空间限制，不适合采用X字形鼓泡器，且为防止蒸汽对壁面造成直接冲击，故不采用L字形鼓泡器，故采用I字形与T字形鼓泡器结构；为防止蒸汽直接射流冲击结构壁面而造成结构损伤，综合考虑喷孔朝向与壁面位置，避免喷孔直接对准近壁面。多孔鼓泡器相对于单孔鼓泡器，能有效降低冷凝振荡振幅，减小冷凝冲击；提高冷凝振荡频率，减小结构共振作用。对I字形鼓泡器，采用两侧和四周小孔分布；对T字形鼓泡器，采用向上和四周小孔分布。