CN106992028A - 钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统，包括支架、设置在支架上的可视化实验容器、供气装置、气体导管、喷气阀、棒束结构、控制模块和实验环境监测模块；其中可视化实验容器的底部开设有气体喷口，所述可视化实验容器的气体喷口通过气体导管与供气装置连接，所述喷气阀安装在气体导管上；所述棒束结构设置在可视化实验容器的顶部，其一端探入可视化实验容器内，以模拟快堆的控制棒结构；实验环境监测模块设置在可视化实验容器内；实验环境监测模块、喷气阀与控制模块电连接。
Description
技术领域
本发明涉及核能技术领域，更具体地，涉及一种钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统。
背景技术
相对于前三代核电技术，第四代核电技术具有安全性更好、经济性更高、核废物产生量少以及能有效防止核扩散等优点。钠冷快堆作为国际上第四代核电技术中的首选堆型，代表了先进核能系统的发展趋势和技术前沿。因此，对钠冷快堆发生堆芯解体严重事故的机理进行研究对于减缓和减轻事故后果进而保障该堆型的长期健康发展具有至关重要的意义。国际上既往研究表明，当钠冷快堆发生堆芯解体事故时，随着事故的发展，在堆芯区域可能会形成熔融燃料池，在燃料与冷却剂液钠的相互作用下，熔融燃料池会发生晃动导致燃料分布变得更加密集，从而引发再临界的危险。因此，钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的研究对于改进钠冷快堆的安全性评价以及堆内相关安全设施的设计具有重要的意义。
发明内容
本发明为解决以上技术还没有提供相应的用于研究钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的装置的缺陷，提供了一种钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统，包括支架、设置在支架上的可视化实验容器、供气装置、气体导管、喷气阀、棒束结构、控制模块和实验环境监测模块；
其中可视化实验容器的底部开设有气体喷口，所述可视化实验容器的气体喷口通过气体导管与供气装置连接，所述喷气阀安装在气体导管上；所述棒束结构设置在可视化实验容器的顶部，其一端探入可视化实验容器内，以模拟快堆的控制棒结构；实验环境监测模块设置在可视化实验容器内；实验环境监测模块、喷气阀与控制模块电连接。
在使用上述实验系统时，首先在可视化实验容器放置用于模拟熔融燃料池的材料，比如液体、固体颗粒与液体的混合物等，然后通过控制模块设定喷气阀的导通次数、导通周期和每次导通的持续时间；控制模块、喷气阀工作时，供气装置内存储的气体通过气体导管传导至可视化实验容器内，气体对可视化实验容器内的材料进行推动，从而对钠冷快堆严重事故时熔融燃料池进行模拟，由于可视化实验容器是可以从外部观察到容器内的材料晃动情况的，因此技术人员可以直接观察可视化实验容器内材料的晃动情况，即可实现对钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的研究。同时，实验环境监测模块用于采集可视化实验容器内的环境参数并将采集的数据传输至控制模块，用于供技术人员进行后续的研究。
优选地，所述可视化实验容器的底部设置有排泄阀。结束实验观察后，可视化实验容器内的液体或固体颗粒与液体的混合物可通过排泄阀排出可视化实验容器外。
优选地，所述可视化实验容器由透明材料制成，容器形状为长方体、正方体和圆柱体中的一种，所述可视化实验容器的顶部开口。
优选地，所述环境监测模块包括压力变送器、温度变送器和电子流量计，压力变送器、温度变送器和电子流量计与控制模块电连接。
优选地，所述支架为不锈钢支架。
优选地，所述供气装置包括主体，所述主体内开设有用于容纳气体的腔体，主体的顶部设置有用于连接气体导管、压力表的接口，接口与腔体连通。
优选地，所述腔体内设置有压力变送器和温度变送器，压力变送器和温度变送器与控制模块电连接。
优选地，所述主体的侧面上设置有进气阀，进气阀与腔体连通，进气阀与控制模块电连接。
优选地，所述主体的侧面上设置有一连通接口，所述连通接口用于与其他的主体进行连接。
优选地，所述实验系统还包括有拍摄装置和补光灯，其中拍摄装置用于对可视化实验容器内的实验现象进行拍摄记录，所述补光灯用于对拍摄装置的拍摄环境进行补光。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.能对钠冷快堆发生严重事故时熔融燃料池内部的流体流动、颗粒运动以及流体与棒束间的流固作用等进行模拟，并通过拍摄装置进行实时摄像和数据存储。
2.研究参数更全面，与实际事故场景更接近。本发明不仅可对纯液池的晃动行为进行研究(液体的密度可根据需要而定)，而且还可通过在液池中加入不同大小、密度和形状的固体颗粒，以模拟快堆严重事故发生时熔融燃料池中未熔解的燃料固体碎片。此外，还可根据需要在液池中设置棒束结构，且棒的数量、分布和尺寸均可灵活调节，以模拟不同快堆设计中的控制棒结构。
3.操作简单，可扩展性强。本发明可以方便地进行二维和三维实验，棒束等结构可根据需要灵活加入或者去除。
附图说明
图1为系统的结构示意图。
图2为系统的一种优选方案的示意图。
图3为拍摄装置拍摄的图像的示例图。
图4为拍摄装置拍摄的图像的示例图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
如图1、2所示，本发明提供的钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统，包括支架1、设置在支架1上的可视化实验容器2、供气装置3、气体导管4、喷气阀5、棒束结构6、控制模块7和实验环境监测模块8；
其中可视化实验容器2的底部开设有气体喷口，所述可视化实验容器2的气体喷口通过气体导管4与供气装置3连接，所述喷气阀5安装在气体导管4上；所述棒束结构6设置在可视化实验容器2的顶部，其一端探入可视化实验容器2内；实验环境监测模块8设置在可视化实验容器2内；实验环境监测模块8、喷气阀5与控制模块7电连接。
在使用上述实验系统时，首先在可视化实验容器2放置用于模拟熔融燃料池的材料，比如液体、固体颗粒与液体的混合物等，然后通过控制模块7设定喷气阀5的导通次数、导通周期和每次导通的持续时间；控制模块7、喷气阀5工作时，供气装置3内存储的气体通过气体导管4传导至可视化实验容器2内，气体对可视化实验容器2内的材料进行推动，从而对钠冷快堆严重事故时熔融燃料池进行模拟，由于可视化实验容器2是可以从外部观察到容器内的材料晃动情况的，因此技术人员可以直接观察可视化实验容器2内材料的晃动情况，即可实现对钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的研究。同时，实验环境监测模块8用于采集可视化实验容器2内的环境参数并将采集的数据传输至控制模块7，用于供技术人员进行后续的研究。
实施例2
本发明在实施例1的基础上，对可视化实验容器2的具体结构做了进一步的限定。如图1、2所示：
本实施例提供的可视化实验容器2可为长方体、正方体和圆柱体中的一种，长方体、正方体和圆柱体的可视化实验容器2的顶部开口。可视化实验容器2的具体形状可根据实验的需要进行选择，比如，若要进行二维的实验观察，则选择薄片状的可视化实验容器2例如长方体状的可视化实验容器2，其观测效果更好；若要进行三维的实验观察，则可以选择正方体或圆柱体状的可视化实验容器2。其中，为了方便在完成实验后对可视化实验容器2的清理，可视化实验容器2的底部设置有排泄阀，结束实验观察后，可视化实验容器2内的液体或固体颗粒与液体的混合物可通过排泄阀排出可视化实验容器2外。
本实施例中，可视化实验容器2由透明材料制成，其内部设置的环境监测模块包括压力变送器、温度变送器和电子流量计，压力变送器、温度变送器和电子流量计与控制模块7电连接。压力变送器、温度变送器和电子流量计用于采集实验进行时可视化实验容器2内的压力数据、温度数据和流量数据然后将这些数据传输至控制模块7，控制模块7对这些数据进行存储和展示，方便技术人员了解实验进行时可视化实验容器2内的环境情况，作为后续研究的数据基础。其中压力变送器、温度变送器和电子流量计可设置在可视化实验容器2内的不同高度的不同位置上，从而使采集的数据更加合理。
本实施例中，气体喷口为可拆卸或不可拆卸地开设在可视化实验容器2的底部，其具有多种口径可以进行选择。
实施例3
本实施例在实施例1和实施例2的基础上，对供气装置3做了进一步详细的介绍。如图1、2所示，供气装置3包括主体9，所述主体9内开设有用于容纳气体的腔体，主体9的顶部设置有用于连接气体导管4、压力表的接口，接口与腔体连通。其中主体9由不锈钢制成，其整体形状呈正方体状，主体9的一侧设置有进气阀10，进气阀10与腔体连通，进气阀10与控制模块7连接。一般情况下，主体9内存储有气体，其内部的气压也比较高，符合实验的要求，但是经过多次的使用后，主体9内存储的气体的气压不足，不足以支持下一次的实验，这时候就需要对主体9进行加气处理。这个过程主要是通过进气阀10来进行实现的。在需要进行加气处理的时候，通过控制模块7控制进气阀10的导通与断开，从而实现对主体9的加气处理。但是这种方法还有一个缺陷，就是控制模块7无法获知主体9内的气压情况，因此控制模块7无法判断该在什么时候进行加气或停止加气。为了解决这个技术缺陷，本实施例在主体9的腔体内设置压力变送器和温度变送器，并使压力变送器和温度变送器与控制模块7电连接。压力变送器和温度变送器的主要作用在于采集腔体内的气压数据和温度数据并将这些数据传输至控制模块7，控制模块7根据所接收的数据确定是否对主体9进行加气处理，或者进行加气处理后主体9内的气压已经充足的情况下断开进气阀10，避免主体9内的气压过高从而对主体9造成损坏或对后续的实验过程造成影响。本实施例中，所述主体9的侧面上还设置有一连通接口。由于单个的供气装置3的供气能力始终是有限的，在一些实验要求供气量较多的情况下，比如，实验的时间较长的时候，仅仅使用一个供气装置3进行供气是无法支撑完成整个实验过程的。为了解决这个技术问题，本实施例在主体9的侧面上设置有一连通接口，用于与其他的供气装置3进行连接。多个的供气装置3相互串联进行供气，使得在实验时间较长、实验所需供气量较大的情况下，供气装置3也能够满足实验的要求。
实施例4
本实施例对实施例1、2、3做了更进一步的优化，具体在实施例1、2、3的基础上增设了拍摄装置12和补光灯13，其中拍摄装置12用于对可视化实验容器2内的实验现象进行拍摄记录，所述补光灯13用于对拍摄装置12的拍摄环境进行补光。拍摄装置12拍摄的图像是直接传输到控制模块7的，控制模块7对拍摄的数据进行存储。方便后续的技术人员在完成实验后回看实验的图像进行相应的分析。拍摄的图像的实例如图3、4所示。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统，其特征在于：包括支架、设置在支架上的可视化实验容器、供气装置、气体导管、喷气阀、棒束结构、控制模块和实验环境监测模块；
其中可视化实验容器的底部开设有气体喷口，所述可视化实验容器的气体喷口通过气体导管与供气装置连接，所述喷气阀安装在气体导管上；所述棒束结构设置在可视化实验容器的顶部，其一端探入可视化实验容器内，以模拟快堆的控制棒结构；实验环境监测模块设置在可视化实验容器内；实验环境监测模块、喷气阀与控制模块电连接。
2.根据权利要求1所述的钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统，其特征在于：所述可视化实验容器的底部设置有排泄阀。
3.根据权利要求2所述的钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统，其特征在于：所述可视化实验容器由透明材料制成，容器形状为长方体、正方体和圆柱体中的一种，所述可视化实验容器的顶部开口。
4.根据权利要求1所述的钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统，其特征在于：所述环境监测模块包括压力变送器、温度变送器和电子流量计，压力变送器、温度变送器和电子流量计与控制模块电连接。
5.根据权利要求1所述的钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统，其特征在于：所述支架为不锈钢支架。
6.根据权利要求1所述的钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统，其特征在于：所述供气装置包括主体，所述主体内开设有用于容纳气体的腔体，主体的顶部设置有用于连接气体导管、压力表的接口，接口与腔体连通。
7.根据权利要求6所述的钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统，其特征在于：所述腔体内设置有压力变送器和温度变送器，压力变送器和温度变送器与控制模块电连接。
8.根据权利要求6所述的钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统，其特征在于：所述主体的侧面上设置有进气阀，进气阀与腔体连通，进气阀与控制模块电连接。
9.根据权利要求6所述的钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统，其特征在于：所述主体的侧面上设置有一连通接口，所述连通接口用于与其他的主体进行连接。
10.根据权利要求1～9任一项所述的钠冷快堆严重事故时熔融燃料池晃动特性的可视化实验系统，其特征在于：所述实验系统还包括有拍摄装置和补光灯，其中拍摄装置用于对可视化实验容器内的实验现象进行拍摄记录，所述补光灯用于对拍摄装置的拍摄环境进行补光。
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| CN109087718A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-12-25 | 中山大学 | 钠冷快堆严重事故时堆芯熔融物碎化行为的可视化实验系统 |
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