[发明专利]一种瞬变运动条件下的棒束通道热工水力实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料组件的热工水力实验装置，具体涉及一种瞬变运动条件下的棒束通道热工水力实验装置。

背景技术

堆芯燃料组件的热工水力特性研究对于反应堆的安全运行及相关系统的设计具有十分重要的意义，为了提高堆芯燃料组件的性能以及优化其设计，各国都对此开展了热工水力分析和实验研究。浮动核电站、核动力舰船等的反应堆堆芯结构都可以模化为棒束通道，其内部的流动传热特性对反应堆设计和安全运行起着至关重要的作用。

棒束型燃料组件是核动力舰船装置反应堆的常用燃料组件。在外力作用下，通道内的两相流流场更加复杂。相比于矩形流道，棒束流道上汽泡的受力分析更加复杂，也更易受运动条件的影响，因此在海洋瞬变运动条件下，由于交变外力场和流量搅混的作用，汽泡的行为复杂多变。而该过程对通道的阻力和传热特性造成了重要的影响，需要对其进行深入的理论和实验研究，为海洋条件反应堆的安全运行提供实验基础。

目前国内外没有针对海洋瞬变条件下高温高压棒束燃料组件热工水力实验装置的设计及实验研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有没有针对海洋瞬变条件下高温高压棒束燃料组件热工水力实验装置的设计及实验研究，导致海洋条件反应堆存在安全隐患，提供了一种瞬变运动条件下的棒束通道热工水力实验装置，该实验装置解决电加热、绝缘和密封性能问题，能够在运动条件和高温、高压条件下稳定运行，开展流动与传热特性实验，确保海洋条件反应堆安全运行。

本发明通过下述技术方案实现：

一种瞬变运动条件下的棒束通道热工水力实验装置，包括电热组件、绝缘组件、流道组件以及密封组件，所述电热组件和绝缘组件均设置在流道组件中，且绝缘组件设置在电热组件和流道组件之间并与流道组件紧密贴合，流道组件设置在密封组件中并形成无缝连接。棒束型燃料组件是核动力舰船装置反应堆的常用燃料组件。在外力作用下，通道内的两相流流场更加复杂。相比于矩形流道，棒束流道上汽泡的受力分析更加复杂，也更易受运动条件的影响，因此在海洋瞬变运动条件下，由于交变外力场和流量搅混的作用，汽泡的行为复杂多变。而该过程对通道的阻力和传热特性造成了重要的影响，需要对其进行深入的理论和实验研究，为海洋条件反应堆的安全运行提供实验基础。目前国内外没有针对海洋瞬变条件下高温高压棒束燃料组件热工水力实验装置的设计及实验研究，因此，有必要研制一种海洋运动条件下高温高压棒束通道热工水力实验装置，使棒束燃料组件热工水力实验装置能够承受高温高压、运动条件，且能够多次重复地开展热工水力实验。本方案设计的瞬变运动条件下的棒束通道热工水力实验装置，通过导电头和导电块实现导电；流道组件由两块整体成形的不锈钢部件压紧扣合组成，两块流道组件间通过石棉橡胶板实现密封，流道组件下端布置有下托盘、螺纹托盘用于流道底部密封；绝缘组件由两块陶瓷块组成正方形，实现流道组件与电热组件之间的绝缘，且便于流道组件以及电热组件的组装与拆卸，其较好的实现了棒束通道的密封和绝缘，且棒束通道能真实反映原型的热工水力特性，可开展流动热工水力特性实验，保证了棒束燃料组件实验研究的顺利完成，保证海洋条件反应堆安全运行。

电热组件包括加热元件、导电头以及导电块，导电头设置在导电块上方，导电头中设置有若干个通孔，每根加热元件穿过对应的通孔并与通孔内壁固定，导电块设置在加热元件下方且与加热元件通过导电线连接，加热元件设置在流道组件中，且加热元件穿过绝缘组件的空腔；流道组件包括流道板组件，且流道板组件由两块流道板彼此贴合固定组成，流道板的向对面均内凹形成凹槽后组合为横截面为矩形的流道，加热元件穿过流道，绝缘组件设置在流道中；绝缘组件为两块陶瓷片，两块陶瓷片围成横截面为正方形的通道，并且内置于流道板围成的流道内；密封组件包括流道托盘、螺纹托盘和托盘垫片，流道托盘套在流道板组件外壁上，并且流道板组件的底部设置在流道托盘中，加热元件均穿过流道托盘，螺纹托盘设置在流道托盘下方，在流道托盘和螺纹托盘之间设置有托盘垫片，且螺纹托盘中设置有托盘螺钉，托盘螺钉的一端穿过托盘垫片后设置在流道托盘中；并且在流道托盘中设置有流道垫片，且流道垫片设置在流道板组件下方并与流道板组件的底面接触。通过上述连接，能够解决电加热、绝缘和密封性能问题，能够在运动条件和高温、高压条件下稳定运行，开展流动与传热特性实验。