CN107328806A - 一种熔融物硬壳厚度和增长率的测量实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种熔融物硬壳厚度和增长率的测量实验装置及方法，该实验装置是基于ACP1000反应堆压力容器下封头1:1比例的1/4圆二维切片结构实验台架，设计的一种多点热电偶测量装置，通过利用多点热电偶测量的温度间接获得熔融物硬壳的厚度；由于相界面存在明显的温差，可以根据各测点温度的阶跃变化，获得某一时刻硬壳前沿所达到的高度；将这种多点热电偶布置在实验段压力容器壁面不同位置可以测量不同位置的熔融物硬壳厚度；在实验过程中，利用数据采集系统对整个实验段过程中多点热电偶的数据进行记录，可以获得熔融物硬壳厚度随时间变化的瞬态特性，通过分析不同时刻的硬壳厚度可以获得熔融物硬壳的增长率；本发明为核反应堆严重事故安全性研究实验提供了重要的测量方法。
Description
技术领域
本发明涉及核电厂严重事故下封头熔融池换热特性研究技术领域，具体涉及一种熔融物硬壳厚度和增长率的测量实验装置及方法。
背景技术
当核电厂压水堆发生严重事故时，如果堆芯不能被有效冷却，就会发生堆芯熔化，高温的堆芯熔融物可能会掉入压力容器下封头，在压力容器下封头内形成熔融池结构；在堆芯熔融物衰变热的作用下，高温熔融池向压力容器下封头壁面传递热量，导致压力容器下封头壁面温度升高，严重威胁压力容器的完整性；如果通过压力容器下封头壁面不能有效地将熔融池内的衰变热导出，则下封头壁面温度会不断升高，压力容器下封头可能会发生高温蠕变失效或直接熔穿失效，使大量高温堆芯熔融物进入安全壳，最终可能导致大量放射性物质被释放到大气环境，造成严重的核泄漏事故；
熔融池瞬态换热特性特征和稳态条件下熔融池换热特性是压力容器下封头内熔融池换热特性研究的核心问题；压水堆严重事故过程中堆芯熔融物进入压力容器下风头形成熔融池结构，在压力容器外部冷却的条件下，高温熔融物会发生凝固，在液态熔融物与压力容器壁面之间形成一层熔融物硬壳，熔融物硬壳的存在对熔融池换热有着重要的影响；当熔融池传递给压力容器壁面的热量与通过压力容器壁面导出的热量相等时，熔融池达到稳态，熔融物硬壳的厚度将不再变化，熔融池达到稳态前的瞬态换热特性对熔融物硬壳的厚度有着重要影响，同时也对稳态时熔融池的换热特性有着重要的影响；
目前以开展的实验研究几乎都是稳态实验，主要研究长期冷却条件下熔融池的换热特性，且大部分实验选用的工质和实验条件不能反应熔融物凝固相变过程对熔融池换热特性的影响，对于熔融池形成后达到稳态前的瞬态换热过程及熔融物凝固相变特性的研究很少；
压力容器下封头内熔融物凝固相变过程会导致固液相界面熔融物成分的扩散，使固液相界面的温度发生变化，这将直接影响熔融池对压力容器壁面的传热，从而对熔融池施加到压力容器壁面的热负荷及壁面热流密度的分布特性有重要的影响；所以，压力容器下封头内熔融物凝固相变动态特性的研究对于IVR策略的有效实施具有重要的科学意义。
发明内容
本发明的目的使克服现有技术的不足，提供一种熔融物硬壳厚度增长率的测量实验装置及方法，能够测量不同位置处的熔融物硬壳厚度及硬壳增长率。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种熔融物硬壳厚度和增长率的测量实验装置，所述测量装置是基于ACP1000反应堆压力容器下封头1:1比例的1/4圆二维切片结构实验台架设计的，包括热电偶接线盒1，设置在热电偶接线盒1上的多个热电偶测点3，用于固定热电偶测点3的热电偶套管2；所述热电偶接线盒1包括热电偶接线盒盒体103，设置在热电偶接线盒盒体103顶部的可拆卸的盒盖101、侧方的热电偶延长线接线引出口102、底部的热电偶测点引出口104，设置在热电偶接线盒盒体103内用于供给热电偶测点3的正负极接线使用的电子板通道105。
所述热电偶接线盒1内的电子板通道提供了24个通道，分别对应12个热电偶测点3的正负极。
所述热电偶测点3为12个长度各不相同的铠装热电偶。
所述热电偶测点3，热电偶排布遵循一定的规律，从5mm到60mm，每次以5mm增加，分别按照第一热电偶测点301到第二热电偶测点302顺次一一对应。
所述热电偶套管2为一个圆筒型金属管，用于固定多个热电偶测量端，长度视实验需要设定。
所述热电偶套管2和热电偶的固定方法采用点焊方式进行，热电偶方向沿着圆筒轴线。
所述热电偶测点3的各热电偶之间设置预设的间隔，避免测点之间的影响。
所述一种熔融物硬壳厚度和增长率的测量实验装置的测量实验方法，测量时，热点偶接线盒1位于测量端外侧，热电偶测点3插入熔融池内近壁面处，热电偶套管2与圆弧冷却通道接触位置焊接密封固定，在实验过程中，熔融物硬壳在不断长成，这通过测点的温度可以得到，所测实验中，混合物的凝固温度点为220℃，当热电偶测点3的温度显示为220℃时，即表示硬壳已增长到显示为220℃的测点位置。覆盖到热电偶测点3之后，该热电偶测点3所采集到的温度会发生变化，记录每个热电偶测点3采集到的温度达到220℃的时刻，将其作为横坐标，测点位置作为纵坐标绘图，直线的斜率即作为熔融物硬壳厚度的增长率。
和现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1、本发明的实验装置，是针对核反应堆严重事故条件下压力容器下封头内熔融池换热特性的特点而发明的温度测量装置，多点热电偶的温度测量方法能够准确观测到各测点温度的阶跃变化，获得某一时刻硬壳前沿所达到的高度。
2、本发明的实验装置，采用了圆筒固定多个铠装热电偶，能够将测点集中在某一区域，获得尽可能准确的结果。
3、本发明的实验装置，多个热电偶的布置中，相近高度的热电偶尽可能相隔，减少温度场的相互影响，获得准确的测量值。
附图说明
图1为本发明一种熔融物硬壳厚度和增长率测量实验装置的整体结构示意图。
图2为本发明实验装置中热电偶接线盒的正视图。
图3为本发明实验装置中热电偶接线盒内电子通道板的正视图。
图4为本发明实验装置中热电偶测点的布置的右视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细的说明：
如图1和图2所示，本发明一种熔融物硬壳厚度和增长率的测量实验装置，该实验装置是基于ACP1000反应堆压力容器下封头1:1比例的1/4圆二维切片结构实验台架，设计的一种多点热电偶测量实验装置，包括热电偶接线盒1，设置在热电偶接线盒1上的多个热电偶测点3，用于固定热电偶测点3的热电偶套管2；所述热电偶接线盒1包括热电偶接线盒盒体103，设置在热电偶接线盒盒体103顶部的可拆卸的盒盖101、侧方的热电偶延长线接线引出口102、底部的热电偶测点引出口104，设置在热电偶接线盒盒体103内用于供给热电偶测点3的正负极接线使用的电子板通道105。热电偶接线盒提供了热电偶测点引出线和延长线的进出口以及接线；
如图3所示，所述的热电偶接线盒1内的电子板通道105为一个圆环片，上有24个电子通道105‐3，圆环片的外圆105‐1上有24个接点，用于连接热电偶延长线；内圆105‐2提供了24个接点，用以供给12个热电偶测点的正负极接线使用，整个电子板通道105固定在接线盒内；实际使用时，热点偶接线盒位于测量端外侧；
热带偶套管2为一个圆筒形金属，其作用主要为固定热电偶；具体实施时，将热电偶按一定的间隔均匀布置在热电偶套管内壁，以点焊方式固定，固定的方向沿着圆筒套管的轴线方向；
如图4所示，是将12个热电偶固定在圆筒套管内之后的形态，12个热电偶的长度是等差数列递增的，但是在圆管套管内的排列如图4所示，从5mm到60mm递增顺序按301‐312的顺序依次排列，以减小相邻热电偶测点之间温度场的相互干扰，其次，圆形阵列排列能够将测点局限在一个较小区域的垂直区域，能够尽可能地获得准确的测量值。
在安装实验装置时，在圆弧冷却面上，本发明实验装置穿过圆弧冷却面将12个测点的热电偶测点3插入到熔融池内近壁面处，热电偶套管2与圆弧冷却通道接触位置焊接密封固定，热电偶接线盒1留在实验段外。在上部盖板冷却面上，本发明实验装置穿过上部盖板将12个测点的热电偶测点3插入到熔融池内近壁面处，热电偶套管2与上部盖板底面接触位置焊接密封固定，热电偶接线盒1留在实验段外。在实验过程中，熔融物硬壳在不断长成，这通过测点的温度可以得到，所测实验中，混合物的凝固温度点为220℃，当热电偶测点3的温度显示为220℃时，即表示硬壳已增长到显示为220℃的测点位置。覆盖到热电偶测点3之后，该热电偶测点3所采集到的温度会发生变化，记录每个热电偶测点3采集到的温度达到220℃的时刻，将其作为横坐标，测点位置作为纵坐标绘图，直线的斜率即作为熔融物硬壳厚度的增长率。
Claims (8)
1.一种熔融物硬壳厚度和增长率的测量实验装置，其特征在于：所述测量装置是基于ACP1000反应堆压力容器下封头1:1比例的1/4圆二维切片结构实验台架设计的，包括热电偶接线盒(1)，设置在热电偶接线盒(1)上的多个热电偶测点(3)，用于固定热电偶测点(3)的热电偶套管(2)；所述热电偶接线盒(1)包括热电偶接线盒盒体(103)，设置在热电偶接线盒盒体(103)顶部的可拆卸的盒盖(101)、侧方的热电偶延长线接线引出口(102)、底部的热电偶测点引出口(104)，设置在热电偶接线盒盒体(103)内用于供给热电偶测点(3)的正负极接线使用的电子板通道(105)。
2.根据权利要求1所述的一种熔融物硬壳厚度和增长率的测量实验装置，其特征在于：所述热电偶接线盒(1)内的电子板通道提供了24个通道，分别对应12个热电偶测点(3)的正负极。
3.根据权利要求2所述的一种熔融物硬壳厚度和增长率的测量实验装置，其特征在于：所述热电偶测点(3)为12个长度各不相同的铠装热电偶。
4.根据权利要求2所述的一种熔融物硬壳厚度和增长率的测量实验装置，其特征在于：所述热电偶测点(3)，热电偶排布遵循一定的规律，从5mm到60mm，每次以5mm增加，分别按照第一热电偶测点(301)到第二热电偶测点(302)顺次一一对应。
5.根据权利要求1所述的一种熔融物硬壳厚度和增长率的测量实验装置，其特征在于：所述热电偶套管(2)为一个圆筒型金属管，用于固定多个热电偶测量端，长度视实验需要设定。
6.根据权利要求5所述的一种熔融物硬壳厚度和增长率的测量实验装置，其特征在于：所述热电偶套管(2)和热电偶的固定方法采用点焊方式进行，热电偶方向沿着圆筒轴线。
7.根据权利要求1所述的一种熔融物硬壳厚度和增长率的测量实验装置，其特征在于：所述热电偶测点(3)的各热电偶之间设置预设的间隔，避免测点之间的影响。
8.权利要求1所述一种熔融物硬壳厚度和增长率的测量实验装置的测量实验方法，其特征在于：测量时，热点偶接线盒(1)位于测量端外侧，热电偶测点(3)插入熔融池内近壁面处，热电偶套管(2)与圆弧冷却通道接触位置焊接密封固定，在实验过程中，熔融物硬壳在不断长成，这通过测点的温度能够得到，所测实验中，若混合物的凝固温度点为220℃，当热电偶测点(3)的温度显示为220℃时，即表示硬壳已增长到显示为220℃的测点位置；覆盖到热电偶测点(3)之后，该热电偶测点(3)所采集到的温度会发生变化，记录每个热电偶测点(3)采集到的温度达到220℃的时刻，将其作为横坐标，测点位置作为纵坐标绘图，直线的斜率即作为熔融物硬壳厚度的增长率。
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