[发明专利]一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器

说明书

本发明提出了一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器，包括泄压蒸汽管道、鼓泡器主管道、分流器、鼓泡器主管道导流孔和分流器导流孔；其中，泄压蒸汽管道与鼓泡器主管道相连，分流器与鼓泡器主管道末端相连，鼓泡器主管道的侧壁上开设多列平行的导流孔，分流器为圆柱状中空结构，分流器的上端面沿周向开设有多列分流器导流孔。从分流器出来的蒸汽喷射流大大增强了过冷水的湍流强度，从而将主管道侧向出来的蒸汽喷射流平均凝结换热系数显著提高，有利于蒸汽的快速冷凝释放热量。同时，不同方向的蒸汽喷射流混合搅动能够有效减轻抑压池内热分层现象，从而削减热应力不均匀对抑压池的潜在危害，提高核反应堆安全可靠性。

技术领域

本发明属于核能安全领域，具体地涉及一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器。

背景技术

抑压池是现代核反应堆事故安全系统中的重要设备，当压水堆负荷降低导致一回路压力升高时，稳压器上部的蒸汽会通过泄压阀进入鼓泡器，然后以射流的形式排入抑压池中冷凝，降低稳压器压力，从而维持一回路压力的稳定。此外，当沸水堆发生失水事故时，抑压池对堆芯产生的大量蒸汽施紧急冷却同样有着至关重要的作用。可见，无论对于压水堆还是沸水堆，抑压池的基本功能都是将蒸汽管路出来的蒸汽冷凝，能否快速将大量蒸汽冷却成为抑压池的首要任务。蒸汽在抑压池与过冷水发生的换热过程称为直接接触凝结，换热系数虽然可达MW/m²K量级，但是在紧急事故下，大量蒸汽涌入抑压池水体中，要消纳大量蒸汽就不得不增加抑压池的容积，这会增加建设和运维成本。公开研究表明蒸汽与过冷水直接接触凝结的热阻在水侧，通过泵提高过冷水的流速可将直接接触凝结换热系数提升至10MW/m²K量级，显著提高蒸汽凝结速率，但在抑压池内却难以通过泵来实现冷水加速。此外，在鼓泡器附近，靠近射流核心区水体吸收蒸汽潜热后温度迅速升高，由于热水密度小而冷水密度大，热水上浮于表面而冷水逐渐下沉到底层，抑压池水体沿垂直方向出现明显的热分层现象，公开研究表明靠近射流核心区与远离核心区的温差能够高达50℃以上，热分层引起的热应力不均匀对抑压池的结构安全存在严重威胁。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提出了一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器，利用竖直方向喷孔射流对冷水的加速效应实现强化水平方向的射流凝结换热过程，提高蒸汽的凝结速率，实现抑压池对蒸汽热量的快速消纳和管路快速调压；另一方面利用不同方向的交错式射流能够在抑压池形成大尺度纵向涡流，解决抑压池的热分层问题。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种核反应堆抑压池的交错射流式鼓泡器，包括泄压蒸汽管道、鼓泡器主管道、分流器、鼓泡器主管道导流孔和分流器导流孔；其中，泄压蒸汽管道与鼓泡器主管道相连，分流器与鼓泡器主管道末端相连，鼓泡器主管道的侧壁上开设多列平行的导流孔，分流器为圆柱状中空结构，分流器的上端面沿周向开设有多列分流器导流孔。

本发明进一步的改进在于，导流孔的直径D通过下式计算：

式中，m_s为单孔蒸汽流量，κ为绝热指数，p_s为蒸汽压力，ρ_s为蒸汽密度。

本发明进一步的改进在于，导流孔的数量N由下式计算：

式中，M_s为鼓泡器主管道蒸汽流量，m_s为单孔流量。

本发明进一步的改进在于，分流器导流孔的列数与鼓泡器主管道导流孔的列数相同。

本发明进一步的改进在于，鼓泡器主管道导流孔沿鼓泡器主管道周向设置若干圈，沿鼓泡器主管道高度设置若干行，分流器导流孔沿分流器周向设置若干圈，沿分流器径向设置若干行。同一周向角度处，沿分流器径向设置的分流器导流孔的中心点连线与沿鼓泡器主管道高度设置的鼓泡器主管道导流孔的中心点连线相交。