[发明专利]一种海洋环境影响下熔盐与热管的传热特性实验系统

说明书

本发明公开了一种海洋环境影响下熔盐与热管的传热特性实验系统，包括实验主回路和冷却回路；其中实验主回路包括依次连接的熔盐储存罐、高温熔盐泵、超声波流量计、热管管束实验段、换热器，热管管束实验段用于熔盐在热管管束间流动传热特性的实验测量；实验主回路还包括控制单元、驱动单元，控制单元通过预设程序控制驱动单元，从而控制高温熔盐泵输出按正弦规律波动的流量；实验主回路和冷却回路通过换热器连接，换热器用于将熔盐获取的热量传递给冷却回路的冷却介质。该系统能够获得脉动流作用下高温氟盐在高温钠钾热管管束间流动传热特性，为海洋熔盐堆设计及安全分析提供实验数据及准则模型支撑。

技术领域

本发明属于先进核反应堆热工水力领域，尤其涉及一种应用于深海动力推进的熔盐微型反应堆，受海洋环境影响下的熔盐与热管传热特性实验系统。

背景技术

第四代先进核能系统熔盐堆采用低压、高热容氟盐冷却剂，固有安全性高，堆芯设计紧凑易于小型化，能够输出高于700℃的高温核热，在动力供给、海水淡化、高温制氢等方面具有显著优势，对于船舶等空间限制苛刻的场所适应性强，是海洋核动力平台的优异候选堆型，能够为深海资源开发、远洋运输等提供持续、高机动性、清洁的能源供给能力，海洋熔盐堆已经受到国内外广泛关注。海洋熔盐堆高温氟盐冷却剂将堆芯核热传输至热管冷却系统，热管冷却系统通过与温差发电系统耦合，将热量转变为电能，废热则通过最终海洋冷却系统导出。海洋熔盐堆受风、浪、泳等海洋独特载荷作用，平台发生有规律的周期性晃动，反应堆系统回路内流量呈周期性变化，形成脉动流。脉动流作用下氟盐冷却剂在高温钠钾热管组成的管束区流动转捩点发生偏离，氟盐与热管间传热特性较稳态工况发生改变，流场与温度场发生剧烈波动，对于反应堆运行安全形成挑战。脉动流作用下氟盐在钠钾热管组成的管束区流动传热特性研究较少，脉动流对于氟盐与热管间传热的影响机理研究处于空白。针对上述问题，设计海洋熔盐微堆脉动流作用下氟盐在热管管束结构流动传热特性实验，对于准确认识海洋熔盐堆氟盐与热管间传热特性以及海洋熔盐堆设计及运行具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种海洋环境影响下熔盐与热管传热特性实验系统，该系统能够获得脉动流作用下高温氟盐在高温钠钾热管管束间流动传热特性，为海洋熔盐堆设计及安全分析提供实验数据及准则模型支撑。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种海洋环境影响下熔盐与热管的传热特性实验系统，包括实验主回路和冷却回路；其中，所述实验主回路包括熔盐储存罐、高温熔盐泵、超声波流量计、热管管束实验段、换热器、控制单元、驱动单元，所述熔盐储存罐的出口连接所述高温熔盐泵的进口，所述高温熔盐泵的出口连接所述超声波流量计的进口，所述超声波流量计的出口连接所述热管管束实验段的进口，所述热管管束实验段用于熔盐在热管管束间流动传热特性的实验测量，所述热管管束实验段的出口连接所述换热器的第一进口，所述换热器的第一出口连接所述熔盐储存罐的进口；

所述控制单元信号连接驱动单元，所述驱动单元连接高温熔盐泵，所述控制单元通过预设程序控制所述驱动单元，从而控制高温熔盐泵输出按正弦规律波动的流量，若熔盐进入高温熔盐泵前流量为对特定流量的熔盐施加标准正弦脉动流量熔盐以流量从高温熔盐泵5 流出，标准正弦脉动流量与流量的关系为：

其中，为脉动幅值；f为频率；φ₀为初始相位；

所述实验主回路和所述冷却回路通过所述换热器连接，所述换热器用于将所述熔盐获取的热量传递给所述冷却回路的冷却介质，所述冷却回路用于将获得热量的冷却介质冷却。

优选地，所述热管管束实验段包括进口管束区、钠钾热管管束区、出口管束区，所述热管管束实验段竖直放置，其中所述进口管束区和出口管束区设置在所述热管管束实验段的两端，所述钠钾热管管束区水平布置多层钠钾热管，每层铺设多根钠钾热管；所述进口管束区和出口管束区均水平布置多层哈氏合金棒，每层铺设多根哈氏合金棒。