CN109211966B - 一种环形燃料热流分离实验装置及方法 - Google Patents
一种环形燃料热流分离实验装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109211966B CN109211966B CN201811051910.7A CN201811051910A CN109211966B CN 109211966 B CN109211966 B CN 109211966B CN 201811051910 A CN201811051910 A CN 201811051910A CN 109211966 B CN109211966 B CN 109211966B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thermocouple
- outer envelope
- cylinder
- temperature
- shaped sleeve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
一种环形燃料热流分离实验装置及方法，该实验装置包括燃料元件、圆柱形套管、入口接管、出口接管，其中，入口接管焊接在圆柱形套管下部，出口接管焊接在圆柱形套管上部，燃料元件通过定位格架与圆柱形套筒连接。定位格架同时也是温度测量通道，用于测量传向外通道的热流，并通过计算获得向内通道传递的热流；圆柱形套管上半部布置有两个测压组件，所测压力用来计算外通道冷却剂流速，可进一步计算获得内通道冷却剂流速；上述装置整体结构简单，容易加工，成本低廉，为环形燃料热流分离的研究提供了模拟装置。
Description
技术领域
本发明涉及核电厂环形燃料技术领域，具体涉及一种环形燃料热流分离实验装置及方法。
背景技术
双面冷却环形燃料元件相对传统棒状燃料元件具有两个优势：1)减小了芯块径向热传导路径的厚度，显著降低了芯块内最高温度；2)增加了冷却剂润湿周长，冷却能力得到显著提高。环形燃料的设计中，内外通道的尺寸大小是非常重要的环节，所设计出的尺寸应该满足内外通道的平均热流密度分别和冷却剂流量相匹配。若环形芯块中心孔直径过小，则内通道将因冷却剂流量过小导致冷却能力不足；反之，元件内径过大会导致外通道冷却能力不足。这将导致内通道或外通道出口处冷却剂温度不能满足冷却剂出口所需要的过冷度，甚至在靠近出口发生饱和沸腾。合适的尺寸可以使得内外热流和冷却剂流量匹配，使得燃料得到充分的冷却。本发明正是基于这种需求而提供了一种针对某一尺寸的环形燃料进行热流分离实验的装置。现有的进行燃料棒热工实验的装置大都只能进行棒状或棒束的实验，以关键词双面冷却环形燃料(Dual-cooled Annular Fuel)、模拟装置(Simulator)、热工水力(Thermal Hydraulics)、电加热(Electric Heating)在专利网和中英文期刊网上进行了检索，没有检索到涉及该方面技术的记载。在非常窄的内通道内进行测点布置和数据测量是本领域的技术难点，亟待解决。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种环形燃料热流分离实验装置及方法，可以在双面冷却的条件下测量环形燃料元件内外热流和冷却剂流量。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种环形燃料热流分离实验装置，包括圆柱形套管4，设置在圆柱形套管4内的燃料元件5，焊接在圆柱形套管4下端的入口接管1，焊接在圆柱形套管4上端的出口接管9，所述实验装置通过入口接管1和出口接管9与实验管道系统相连接，入口接管1和出口接管10上分别焊接有热电偶2；所述燃料元件5包括三个环形圆柱，分别是外包壳5-1、环形加热段5-2和内包壳5-3，环形加热段5-2位于外包壳5-1和内包壳5-3间；内包壳5-3内的通道为内通道，外包壳5-1与圆柱形套管4间的通道为外通道，所述燃料元件5位于圆柱形套管4的中部，上端和下端分别留有入口段和出口段。
所述实验装置的表面设置有预设厚度的保温层。
所述燃料元件5和圆柱套管4之间通过定位格架3固定，所述定位格架共有三层，分别布置在接近燃料元件入口处、燃料元件中段和接近燃料元件出口处，每层包括三个矩形截面的定位件，沿周向均匀布置；所述定位格架3同时也是温度测量通道，每个定位件中安装有三个铠装热电偶，分别是用来测量外包壳内壁温度的热电偶3-2、测量外包壳外壁面温度的热电偶3-3，测量外包壳和圆柱形套管间的外冷却剂温度的热电偶3-1；所述测量外包壳和圆柱形套管间的外冷却剂温度的热电偶3-1、测量外包壳内壁温度的热电偶3-2和测量外包壳外壁面温度的热电偶3-3之间填充有屏蔽材料，防止热电偶之间的热或电磁干扰；通过外包壳内外壁面温度能够获得通过外包壳导出的热流密度，再通过与冷却剂获得的总热量比较计算获得通过内包壳导出的热流密度。
所述圆柱形套管4上距离下端50cm和90cm处分别开有三个取压孔，取压孔内安装有测压组件8，所测压力用来计算外通道冷却剂流量，再通过与入口总质量流量比较计算获得内通道冷却剂流量。
所述的热电偶2、测量外包壳和圆柱形套管间的外冷却剂温度的热电偶3-1、测量外包壳内壁温度的热电偶3-2、测量外包壳外壁面温度的热电偶3-3和测压组件8与整个实验管道系统的数据采集系统连接，为环形燃料元件热流分配研究提供实验基础。
所述的一种环形燃料热流分离实验装置的实验方法，所述实验装置连接在实验管道系统的管道上，管道中的流体经泵加压通过入口接管1进入实验装置，经过一段入口段后进入环形燃料内外通道对燃料元件进行冷却，之后再在出口段汇合，经出口接管9流回主回路管道；通过热电偶2获得其进出口温度，通过安装在主回路中的流量计获得其流量，继而计算得出冷却剂获得的总能量，计算公式为Qt＝Gcp(tout-tin)，其中Qt为总功率，G是质量流速，cp是水的比热容，tin和tout分别是进、出口温度；由安装在定位格架(3)中的测量外包壳内壁温度的热电偶(3-2)和测量外包壳外壁面温度的热电偶(3-3)所测温度求得向外包壳导出的热流密度qo，计算公式为其中qo为热流密度，λ是热导率，ti和to分别是外包壳内壁面和外壁面温度，δ是外包壳厚度；热流密度qo乘以外包壳面积即得到向外导出的功率，总功率Qt减去向外导出的功率再除以内包壳面积就最终得到了向内导出的热流密度qi；测压组件(8)所处位置流动已达到充分发展状态，通过两组测压组件获得的压力，忽略加速压降，只考虑重位压降和摩擦压降，引入摩擦压降关联式，即可求得加速压降和外通道质量流量，总的质量流量减去外通道质量流量即可求得内通道质量流速。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明实验装置，为研究环形燃料内外热流分离而发明的实验装置，能够合理的模拟环形燃料的结构，整体结构简单，容易加工，成本低廉。
2、本发明实验装置，采用了测量外通道数据然后计算内通道数据的思路，避免了在内通道直接进行数据测量的困难。
3、本发明中定位格架3既起到固定作用，同时还是热电偶引线通道，避免了过多热电偶引线在通道内对流动的干扰。
附图说明
图1为本发明装置整体示意图。
图2为图1沿A-A方向视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的说明：
如图1所示，一种环形燃料热流分离实验装置，包括圆柱形套管4，设置在圆柱形套管4内的燃料元件5，焊接在圆柱形套管4下端的入口接管1，焊接在圆柱形套管4上端的出口接管9，所述实验装置通过入口接管1和出口接管9与实验管道系统相连接，入口接管1和出口接管10上分别焊接有热电偶2。所述燃料元件5包括三个环形圆柱，分别是外包壳5-1、环形加热段5-2和内包壳5-3，环形加热段5-2位于外包壳5-1和内包壳5-3间；内包壳5-3内的通道为内通道，外包壳5-1与圆柱形套管4间的通道为外通道，所述燃料元件5位于圆柱形套管4的中部，上端和下端分别留有入口段和出口段。
如图2所示，所述燃料元件5和圆柱套管之间通过定位格架3固定，所述定位格架共有三层，分别布置在接近燃料元件入口处、燃料元件中段和接近燃料元件出口处，每层包括三个矩形截面的定位件，沿周向均匀布置。所述定位格架3同时也是温度测量通道，每个定位件中安装有三个铠装热电偶，分别是用来测量外包壳内壁温度的热电偶3-2、测量外包壳外壁面温度的热电偶3-3，测量外包壳和圆柱形套管间的外冷却剂温度的热电偶3-1。所述测量外包壳和圆柱形套管间的外冷却剂温度的热电偶3-1、测量外包壳内壁温度的热电偶3-2和测量外包壳外壁面温度的热电偶3-3之间填充有屏蔽材料，防止热电偶之间的热或电磁干扰。通过外包壳内外壁面温度可以获得通过外包壳导出的热流密度，再通过与冷却剂获得的总热量比较计算获得通过内包壳导出的热流密度。
如图1所示，圆柱形套管4上距离下端50cm和90cm处分别开有三个取压孔，取压孔内安装有测压组件8，所测压力用来计算外通道冷却剂流量，再通过与入口总质量流量比较计算获得内通道冷却剂流量。所述的热电偶2、测量外包壳和圆柱形套管间的外冷却剂温度的热电偶3-1、测量外包壳内壁温度的热电偶3-2、测量外包壳外壁面温度的热电偶3-3和测压组件8与整个实验管道系统的数据采集系统连接，为环形燃料元件热流分配研究提供实验基础。
如图1和图2所示，本发明一种环形燃料热流分配实验方法，所述实验装置连接在实验管道系统的管道上，管道中的流体经泵加压通过入口接管1进入实验装置，经过一段入口段后进入环形燃料内外通道对燃料元件进行冷却，之后再在出口段汇合，经出口接管9流回主回路管道。通过热电偶2获得其进出口温度，通过安装在主回路中的流量计获得其流量，继而计算得出冷却剂获得的总能量，计算公式为Qt＝Gcp(tout-tin)，其中Qt为总功率，G是质量流速，cp是水的比热容，tin和tout分别是进、出口温度；由安装在定位格架3中的测量外包壳内壁温度的热电偶3-2和测量外包壳外壁面温度的热电偶3-3所测温度求得向外包壳导出的热流密度qo，计算公式为其中qo为热流密度，λ是热导率，ti和to分别是外包壳内壁面和外壁面温度，δ是外包壳厚度；热流密度qo乘以外包壳面积即可得到向外导出的功率，总功率Qt减去向外导出的功率再除以内包壳面积就最终得到了向内导出的热流密度qi；测压组件8所处位置流动已达到充分发展状态，通过两组测压组件获得的压力，忽略加速压降，只考虑重位压降和摩擦压降，引入摩擦压降关联式，即可求得加速压降和外通道质量流量，总的质量流量减去外通道质量流量即可求得内通道质量流速。
以上内容仅用来说明本发明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本技术领域中的普通技术人员来说，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上所述实施例的变化和变型都应当视为在本发明的权利要求书范围内。
Claims (4)
1.一种环形燃料热流分离实验装置，其特征在于：包括圆柱形套管(4)，设置在圆柱形套管(4)内的燃料元件(5)，焊接在圆柱形套管(4)下端的入口接管(1)，焊接在圆柱形套管(4)上端的出口接管(9)，所述实验装置通过入口接管(1)和出口接管(9)与实验管道系统相连接，入口接管(1)和出口接管(9 )上分别焊接有热电偶(2)；所述燃料元件(5)包括三个环形圆柱，分别是外包壳(5-1)、环形加热段(5-2)和内包壳(5-3)，环形加热段(5-2)位于外包壳(5-1)和内包壳(5-3)间；内包壳(5-3)内的通道为内通道，外包壳(5-1)与圆柱形套管(4)间的通道为外通道；所述燃料元件(5)位于圆柱形套管(4)的中部，上端和下端分别留有入口段和出口段；
所述燃料元件(5)和圆柱形套管(4)之间通过定位格架(3)固定，所述定位格架共有三层，分别布置在接近燃料元件入口处、燃料元件中段和接近燃料元件出口处，每层包括三个矩形截面的定位件，沿周向均匀布置；所述定位格架(3)同时也是温度测量通道，每个定位件中安装有三个铠装热电偶，分别是用来测量外包壳内壁温度的热电偶(3-2)、测量外包壳外壁面温度的热电偶(3-3)，测量外包壳和圆柱形套管之间的外冷却剂温度的热电偶(3-1)；所述测量外包壳和圆柱形套管间的外冷却剂温度的热电偶(3-1)、测量外包壳内壁温度的热电偶(3-2)和测量外包壳外壁面温度的热电偶(3-3)之间填充有屏蔽材料，防止热电偶之间的热或电磁干扰；通过外包壳内外壁面温度能够获得通过外包壳导出的热流密度，再通过与冷却剂获得的总热量比较计算获得通过内包壳导出的热流密度；所述热电偶(2)、测量外包壳和圆柱形套管间的外冷却剂温度的热电偶(3-1)、测量外包壳内壁温度的热电偶(3-2)和测量外包壳外壁面温度的热电偶(3-3)与整个实验管道系统的数据采集系统连接，为环形燃料元件热流分配研究提供实验基础。
2.根据权利要求1所述的一种环形燃料热流分离实验装置，其特征在于：所述实验装置的表面设置有预设厚度的保温层。
3.根据权利要求1所述的一种环形燃料热流分离实验装置，其特征在于：所述圆柱形套管(4)上距离下端50cm和90cm处分别开有三个取压孔，取压孔内安装有测压组件(8)，所测压力用来计算外通道冷却剂流量，再通过与入口总质量流量比较计算获得内通道冷却剂流量；所述测压组件(8)与整个实验管道系统的数据采集系统连接，为环形燃料元件热流分配研究提供实验基础。
4.权利要求1至3任一项所述的一种环形燃料热流分离实验装置的实验方法，其特征在于：所述实验装置连接在实验管道系统的管道上，管道中的流体经泵加压通过入口接管(1)进入实验装置，经过一段入口段后进入环形燃料内外通道对燃料元件进行冷却，之后再在出口段汇合，经出口接管(9)流回主回路管道；通过热电偶(2)获得其进出口温度，通过安装在主回路中的流量计获得其质量流量，继而计算得出加给冷却剂的总功率，计算公式为Qt＝Gcp(tout-tin)，其中Qt为总功率，G是质量流速，cp是水的比热容，tin和tout分别是进、出口温度；由安装在定位格架(3)中的测量外包壳内壁温度的热电偶(3-2)和测量外包壳外壁面温度的热电偶(3-3)所测温度求得向外包壳导出的热流密度qo，计算公式为其中qo为热流密度，λ是热导率，ti和to分别是外包壳内壁面和外壁面温度，δ是外包壳厚度；热流密度qo乘以外包壳面积即得到向外导出的功率，总功率Qt减去向外导出的功率再除以内包壳面积就最终得到了向内导出的热流密度qi；测压组件(8)所处位置流动已达到充分发展状态，通过两组测压组件获得的压力，忽略加速压降，只考虑重位压降和摩擦压降，引入摩擦压降关联式，即求得加速压降和外通道质量流量，总的质量流量减去外通道质量流量即求得内通道质量流速。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811051910.7A CN109211966B (zh) | 2018-09-10 | 2018-09-10 | 一种环形燃料热流分离实验装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811051910.7A CN109211966B (zh) | 2018-09-10 | 2018-09-10 | 一种环形燃料热流分离实验装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109211966A CN109211966A (zh) | 2019-01-15 |
| CN109211966B true CN109211966B (zh) | 2019-06-04 |
Family
ID=64987385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811051910.7A Active CN109211966B (zh) | 2018-09-10 | 2018-09-10 | 一种环形燃料热流分离实验装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109211966B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111477368A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-07-31 | 中国原子能科学研究院 | 一种内外同时加热的环形燃料包壳试验件 |
| CN111581849B (zh) * | 2020-05-25 | 2024-02-09 | 中国原子能科学研究院 | 一种用于环形燃料堆芯严重事故下热工水力计算的方法 |
| CN113533420B (zh) * | 2021-07-15 | 2023-04-11 | 中国核动力研究设计院 | 一种铅铋堆气泡堆芯分布实验的空泡份额测量方法及装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102354539A (zh) * | 2011-09-15 | 2012-02-15 | 西安交通大学 | 一种环形燃料元件及环形燃料超临界水堆 |
| CN103106929B (zh) * | 2013-02-04 | 2016-03-02 | 中国核动力研究设计院 | 超临界水堆的改进型环形燃料元件及其构成的燃料组件 |
| CN203070776U (zh) * | 2013-02-04 | 2013-07-17 | 中国核动力研究设计院 | 超临界水堆的改进型环形燃料元件及其构成的燃料组件 |
| CN104407008B (zh) * | 2014-11-19 | 2018-03-02 | 华东理工大学 | 一种评价混合蒸气局部冷凝传热性能的测试系统 |
| CN106531262A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-03-22 | 中核北方核燃料元件有限公司 | 一种环形燃料元件的组装方法 |
| CN108267169A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-07-10 | 中国航天空气动力技术研究院 | 一种电弧加热器内部热环境参数测量装置 |
-
2018
- 2018-09-10 CN CN201811051910.7A patent/CN109211966B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109211966A (zh) | 2019-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109211966B (zh) | 一种环形燃料热流分离实验装置及方法 | |
| CN102081059B (zh) | 强内热源多孔介质通道强迫对流换热实验装置 | |
| CN106653117B (zh) | 棒束通道温度场测量可视化实验系统 | |
| Holloway et al. | Single-phase convective heat transfer in rod bundles | |
| CN208187683U (zh) | 超临界二氧化碳可视化测量试验台架 | |
| Liang et al. | An experiment study of pressure drop and flow distribution in subchannels of a 37-pin wire-wrapped rod bundle | |
| CN109243641A (zh) | 用于压水堆失水事故的反应堆压力容器实验模拟体 | |
| CN109215819A (zh) | 一种环形燃料内通道堵流实验装置及方法 | |
| CN109827794B (zh) | 一种高焓离解气体冷却器热力特性测试平台、系统及方法 | |
| CN106816190B (zh) | 核电站反应堆主管道冷却剂温度测量系统以及方法 | |
| Rozzia et al. | Experimental investigation on powder conductivity for the application to double wall heat exchanger (NACIE-UP) | |
| CN113030155A (zh) | 一种铅铋流动凝固行为研究实验系统 | |
| CN109855676A (zh) | 一种高参数超临界co2流动及换热特性的测试系统及方法 | |
| KR102649113B1 (ko) | 원자로 냉각재 시스템 배관 온도 분배 측정 시스템 | |
| Lorusso et al. | Protected loss of flow accident simulation in CIRCE-HERO facility: experimental test and system code assessment | |
| CN201917536U (zh) | 强内热源多孔介质通道强迫对流换热实验装置 | |
| CN106568802B (zh) | 一种自由射流式超声速燃气流焓值稳态测量装置 | |
| CN105784257B (zh) | 一种小直径球床高温氦气压降测量装置及方法 | |
| CN108022660A (zh) | 一种系统热工实验装置的热损失测量装置及其方法 | |
| CN111948370A (zh) | 用于天然气水合物实验系统的流场测量装置及测量方法 | |
| Behnia et al. | An experimental investigation of inclined open thermosyphons | |
| CN106680006B (zh) | 一种分体管壳式余热锅炉实验系统及实验方法 | |
| CN115031922A (zh) | 一种具有加热组件的承压型三面可视化热工流体实验段 | |
| CN108872304B (zh) | 一种蒸汽发生器倾斜管束换热实验装置及方法 | |
| CN106652726B (zh) | 一种运动条件下出口流体温度可控的氮气稳压实验装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |