[发明专利]一种测量水蒸气在铅铋合金中下潜深度的实验系统及方法

说明书

本发明涉及一种铅铋快堆热工水力验证系统及其方法，具体涉及一种测量水蒸气在铅铋合金中下潜深度的实验系统及方法，解决现有对铅铋快堆蒸汽发生器传热管破裂事故的实验研究难以满足水蒸气在铅铋合金中下潜深度研究的技术问题。本发明提供的一种测量水蒸气在铅铋合金中下潜深度的实验系统，包括测量采集模块、铅铋合金加注模块、主回路、水蒸气注入模块和加热单元；能够在较高温度、不同铅铋合金流速、不同水蒸气注入量的工况下，保证水蒸气安全注入及排出状态下稳定运行；还提供了一种测量水蒸气在铅铋合金中下潜深度的实验方法，可以对水蒸气‑铅铋合金的两相流特性进行深入研究。

技术领域

本发明涉及一种铅铋快堆热工水力验证系统及其方法，具体涉及一种测量水蒸气在铅铋合金中下潜深度的实验系统及方法。

背景技术

铅冷快堆是六种四代反应堆堆型之一，铅铋合金作为反应堆的冷却剂具有诸多优势，如铅铋合金的沸点高，反应堆内不会出现沸腾现象，也很难出现传热恶化，可以有效提高反应堆的运行范围和安全限值；铅铋合金的化学性质稳定，不会与水或者空气发生剧烈的化学反应，极大地简化了冷却剂泄漏事故的处理，提高了反应堆的经济性和安全性；铅铋合金的中子弹性散射截面较大，中子平均自由程较短，因此中子的泄漏率较低、反射效果好，比较容易设计成为小型模块化反应堆等。但铅铋合金对支撑材料的腐蚀极为严重，导致支撑材料易发生蒸汽发生器传热管破裂事故，而发生蒸汽发生器传热管破裂事故时，反应堆二主回路的水会迅速进入一主回路并气化，后续水蒸气是否会被铅铋合金携带进入堆芯，关系着反应堆的安全，因此研究不同工况下水蒸气在铅铋合金内的下潜深度对反应堆的设计及事故工况下反应堆的安全分析至关重要。

测量水蒸气在铅铋合金中下潜深度的实验系统，主要是研究铅铋快堆蒸汽发生器内发生传热管破裂事故时，不同工况下水蒸气在铅铋合金内的下潜深度。本实验要求水蒸气直接注入到实验段中，实验系统运行温度较高，需要实验系统具有完备的加热、注气的系统配置和稳定的调节能力。

在现有技术中，针对铅铋快堆蒸汽发生器传热管破裂事故的实验研究主要集中在事故开始时压力波的传播及后续的事故缓释方面，而水蒸气在铅铋合金内的下潜深度实验技术尚未见有公开报道。如中国专利CN202110992355.3公开了“一种蒸汽发生器传热管破裂事故注射过程实验装置及实验方法”，该系统主要研究蒸汽发生器传热管破裂事故中高压过冷水注入高温铅铋合金过程，获得事故中关键两相参数和模型，铅铋合金在反应容器内静止而非循环流动，因此无法研究水蒸气在铅铋合金内的下潜深度。

发明内容

本发明的目的是针对现有对铅铋快堆蒸汽发生器传热管破裂事故的实验研究难以满足水蒸气在铅铋合金中下潜深度研究的技术问题，而提供一种测量水蒸气在铅铋合金中下潜深度的实验系统及其方法，实现对水蒸气与铅铋合金的两相流特性进行深入研究。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种测量水蒸气在铅铋合金中下潜深度的实验系统，其特殊之处在于：包括测量采集模块、铅铋合金加注模块、主回路、水蒸气注入模块和加热单元；

铅铋合金加注模块包括高纯氩气瓶、铅铋合金储存罐；高纯氩气瓶通过第一管道与铅铋合金储存罐相连；第一管道上设置有第一压力表和第一阀门；

主回路包括依次连接且构成循环回路的第一气液分离罐、第一流量计、电磁泵、第四阀门、第二气液分离罐、主回路下降段、主回路底段和主回路上升段；第一气液分离罐、第一流量计、电磁泵、第四阀门、第二气液分离罐构成主回路顶段；主回路下降段和主回路上升段分别设置有第四热电偶、第九热电偶，主回路底段设置有第二压力表；主回路下降段的上半部分设置有第四热电偶，主回路下降段的下半部分设置有压差表；