[发明专利]一种安全壳内气溶胶行为研究实验装置

说明书

本发明涉及一种安全壳内气溶胶行为研究实验装置,所述的安全壳内气溶胶行为实验装置包括安全壳模拟体、气溶胶注入系统、蒸汽注入系统、喷淋系统、去离子水注入系统、凝液收集系统、壁温控制系统、抽真空系统、气溶胶采样及测量系统、控制及辅助系统。通过精确控制安全壳模拟体内热工环境参数(温度、湿度、压力)、注入气溶胶粒子浓度及粒径，可获得多种工况下预期可控的实验边界条件；且通过不同测量手段获取气溶胶演变过程数据、不同区域冷凝液数据、喷淋数据等实验数据；从而确保整个安全壳内气溶胶行为实验的可用性及实验数据的精确度。

技术领域

本发明属于安全壳内气溶胶研究技术领域，具体涉及一种安全壳内气溶胶行为研究实验装置。

背景技术

核电厂发生事故时，裂变产物在反应堆冷却剂系统中获得一定的物理和化学特性，大量的裂变产物会释放到安全壳大气中，大部分裂变产物以气溶胶的形式存在。气溶胶在安全壳内的迁移行为包含了气溶胶的吸湿增大、碰撞聚并、自然去除和喷淋去除等主要现象，其中安全壳内气溶胶去除主要依靠自然去除和喷淋去除两种方式。其中安全壳大气中气溶胶颗粒的自然去除过程是沉积过程，其中最有效的是重力沉降、扩散沉积、热泳沉积和扩散泳沉积；喷淋去除主要依靠喷淋液滴在下降过程中对气溶胶的去除作用。

公开号为CN110797128A的专利公开了“一种在实验条件下测定气溶胶浓度和行为的实验系统”，其提供了一种在实验条件下测定气溶胶浓度和行为的实验系统，解决AP1000在非能动冷却下安全壳内气溶胶行为实验测定问题。该系统利用水作为介质控制壁面温度，适用于低温工况下气溶胶自然去除行为研究，但无法实现高温工况及喷淋条件下的实验研究，且研究对象为AP1000，不适用与其他三代核电堆型。

德国THAI实验装置中压力容器具有三段加热/冷却夹套，考虑了容器低温-高温的壁温控制问题，但其无法应对大量蒸汽冷凝条件下散热问题，且未配备精确的气溶胶制备系统、抽真空系统及喷淋系统等，除温度边界外，无法实现精确控制其他实验边界条件。上述两种为较为典型的严重事故后气溶胶行为实验装置，但都存在各自的局限性；有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种安全壳内气溶胶行为研究实验装置，可精确控制边界条件，减小实验过程中引入的干扰因素，提高气溶胶行为研究实验数据精度。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种安全壳内气溶胶行为研究实验装置，该实验装置包括安全壳模拟体、气溶胶注入系统、蒸汽注入系统、喷淋系统、补水系统、凝液收集系统、壁温控制系统、抽真空系统及气溶胶采样及测量系统,所述安全壳模拟体为侧壁带有夹层的筒体结构，其通过所述壁温控制系统对所述安全壳模拟体内部的温度进行控制；气溶胶注入系统可产生气溶胶并输送至所述安全壳模拟体；蒸汽注入系统可为所述安全壳模拟体提供预设温度和流量的饱和蒸汽并使蒸汽均匀注入到所述安全壳模拟体内；所述喷淋系统可喷淋出预设温度的均匀的喷淋液；所述补水系统向所述安全壳模拟体底部的集水坑内部注水，通过电加热器加热集水坑中去离子水产生蒸汽；所述凝液收集系统用于收集安全壳模拟体内的凝液；所述抽真空系统用于根据需要对所述安全壳模拟体抽真空至目标压强；所述气溶胶采样及测量系统用于分析采样的气溶胶的质量浓度和粒径分布。

进一步，所述气溶胶采样及测量系统包括光学粒子计数器以及高温荷电低压颗粒物撞击器，通过光学粒子计数器获得气溶胶的粒径分布；利用高温荷电低压颗粒物撞击器获得气溶胶的质量浓度分布，二者结合分析采样的气溶胶的质量浓度和粒径分布。

进一步，所述喷淋系统包括喷淋水箱、喷淋泵以及集成喷嘴；所述喷淋水箱具有电热器，可在20-90℃范围内调解喷淋液温度。

进一步，所述喷淋系统的集成喷嘴底部有大喷嘴，其侧部竖直方向上设有若干路流道，若干路流道分别与水平面呈不同角度向下倾斜，圆周方向上每路流道各有若干个喷嘴支路，每路喷嘴支路流道出口处都连接多向喷嘴，所述多向喷嘴可以自由变化方向。