[发明专利]一种模拟安全壳内置换料水箱自然对流过程的试验装置

说明书

本发明一种模拟安全壳内置换料水箱自然对流过程的试验装置，包括试验水箱、C型加热棒束、PIV示踪粒子、光学测量系统和辅助系统；所述试验水箱为正方体且顶部开口三个侧面可视，所述C型加热棒束采用三角形排布方式固定试验水箱不可视一侧，居中布置，两侧完全对称，所述试验水箱充满去离子水PIV示踪粒子，本发明专门针对核电原型IRWST内的自然对流现象设计，能够在特定加热功率和水温组合条件下得到IRWST模拟体内的温度分布和流速分布，获得这些参数随时间变化的规律，可以准确复现原型核电厂在不同事故条件下IRWST内的自然对流现象，并获得自然对流现象随时间的演化规律。

技术领域

本发明涉及一种换料水箱自然对流过程的试验装置，具体涉及一种模拟安全壳内置换料水箱自然对流过程的试验装置，属于热工水力试验专用的试验系统领域。

背景技术

因运行稳定可靠，IRWST在国核一号、华龙一号等第三代核电技术中得到了广泛应用。停堆换料工况下，IRWST作为燃料组件更换的外部容器，承担了放射性物质的包容功能；事故工况下，IRWST作为重要的安全级设备，可与不同专设安全系统配合，承担换热热阱、冷凝水源、安注水源等多种功能，如在AP1000、CAP1400等非能动核电厂中，当非能动余热排除系统运行时，IRWST水箱作为热阱，可通过非能动余热排除换热器(PRHR HX)排出堆芯衰变热，实现主冷却剂系统的降温降压；又如在破口失水事故(LOCA)后期，IRWST可作为水源，用以提供低压安注的冷却水。此外，LOCA事故下，在自动降压系统(ADS)降压阶段，经ADS1-3释放的主冷却剂系统(RCS)高温蒸汽，在喷洒器的作用下，也会在IRWST内完成冷凝，并用于补充RCS水装量。

对于非能动型核电厂，在非破口类事故和破口类事故初期，都需借助PRHR HX的换热向IRWST内输运堆芯衰变热，IRWST内靠近PRHR HX的局部位置水温会快速升高，并在重力作用下形成自然对流。因事故过程具备持续瞬态变化的特征，IRWST内部的自然对流过程也一直处于非稳定状态。

IRWST的设计概念最早由美国西屋公司提出，西屋公司针对IRWST内的冷凝、重力排水等过程开展了部分试验；俄勒冈州立大学、华北电力大学等研究机构针对PRHR HX，也先后开展了IRWST水箱内换热过程的试验研究。但这些研究均以PRHR HX传热过程为主要研究内容，所得试验结果也均为一维参数；对于IRWST内部复杂的自然对流过程，目前仍缺少专门的实验研究。本发明即针对IRWST的换热热阱作用，利用激光诊断技术，获得缩比IRWST内的速度场和温度场，为CFD三维计算分析的验证提供实验数据。

发明内容

本发明的目的是为了解决核电工程中IRWST设计的试验验证及分析问题而提供的一种模拟安全壳内置换料水箱自然对流过程的试验装置。

本发明的目的是这样实现的：

一种模拟安全壳内置换料水箱自然对流过程的试验装置，包括试验水箱、C型加热棒束、PIV示踪粒子、光学测量系统和辅助系统；所述试验水箱为正方体且顶部开口三个侧面可视，所述C型加热棒束采用三角形排布方式固定试验水箱不可视一侧，居中布置，两侧完全对称，所述试验水箱充满去离子水和PIV示踪粒子，所述光学测量系统包括激光器、高清摄像仪、图像采集及处理系统，所述辅助系统包括加热系统、冷却系统和信号采集系统。

所述电加热棒功率单独控制，其电加热功率与棒表面的热流密度与原型一致，电加热棒内部发热元件采用非均匀布置；

所述C型加热棒束由5-7根加热功率相同但尺寸不同的电加热棒组成，单根加热棒额定电压为220V，加热功率为3kW；

所述PIV示踪粒子采用聚酰胺树脂颗粒，其直径为10μm，折射率为1.582，密度为1.04g/cm3；

所述高清摄像仪与激光器光源正交布置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：