CN109248798A - 一种研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置，其包括模拟乏燃料棒束；金属棒的上方和下方分别设有上管座和底座，上管座与模拟乏燃料棒束间隔设置，底座上设有与金属棒截面匹配的开孔；还包括集水槽；集水槽设置在底座的下方，且与开孔匹配；还包括喷淋供水管路，喷淋供水管路包括供水箱、过滤器、喷淋泵、调节阀和喷嘴；供水箱、过滤器、喷淋泵、调节阀和喷嘴依次连接；所述喷嘴朝向所述上管座设置。本发明还提供了研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的方法。通过上述装置和方法可获得有上管座和无上管座时乏燃料组件截面上保守的流量密度分布系数，可以更加准确的评价实际的喷淋冷却效果。
Description
技术领域
本发明属于核电站乏燃料组件喷淋流量密度分布的研究领域，涉及一种研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置和方法。
背景技术
AP1000型三代压水堆核电站设计中，乏燃料池冷却系统除了常规的能动冷却、事故后的长期非能动冷却等措施外，还考虑在极端事故工况下乏燃料池意外排空时，为裸露的乏燃料组件提供喷淋冷却。喷淋冷却的最终目的是保证乏燃料棒的温度低于燃料芯块和包壳的熔化温度，防止燃料组件损坏造成放射性释放。评价乏燃料棒温度的重要指标是其截面上的喷淋流量密度((m3/h)/m2)，喷淋流量密度与燃料棒温度的关系可通过相关试验研究获得。
在开展喷淋系统的性能试验时，通常研究与喷嘴的距离能够代表乏燃料组件上表面的、乏燃料池覆盖区域内的流量密度分布。而实际的乏燃料组件最顶端设有结构复杂的上管座，上管座上开有大小和形状不尽相同的流水孔，极大地影响了乏燃料组件截面上的实际喷淋流量分布。因此，常规的乏燃料池喷淋冷却系统性能试验得到的流量密度分布并不能准确的代表乏燃料棒截面上的实际喷淋流量密度分布。本发明提供一种研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置和方法，以便更精确的评价喷淋冷却系统对乏燃料棒的冷却效果。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置。
本发明提供的一种研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置，包括模拟乏燃料棒束；所述金属棒的上方和下方分别设有上管座和底座，所述上管座与所述模拟乏燃料棒束间隔设置，所述底座上设有与所述金属棒截面匹配的开孔；还包括集水槽；所述集水槽设置在所述底座的下方，且与所述开孔匹配；还包括喷淋供水管路，所述喷淋供水管路包括供水箱、过滤器、喷淋泵、调节阀和喷嘴；所述供水箱、过滤器、喷淋泵、调节阀和喷嘴依次连接；所述喷嘴朝向所述上管座设置。
优选地，还包括透明围护，所述透明围护围绕所述模拟乏燃料棒束设置，所述上管座固定在所述透明围护上。
优选地，还包括滑轨；所述滑轨设置在所述集水槽的下方。
优选地，还包括支撑结构，所述支撑结构设置在所述模拟乏燃料棒束的周围，将一储水箱支撑于所述模拟乏燃料棒束的上方；所述储水箱的箱壁为透明围护；所述上管座设置在所述储水箱内。
优选地，所述储水箱的底部设有排水口。
优选地，所述模拟乏燃料棒束的金属棒个数为17×17根。
优选地，所述集水槽的个数为17×17个。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置，可获得有上管座和无上管座时乏燃料组件截面上保守的流量密度分布系数，在常规的乏燃料池喷淋系统性能试验得到燃料组件截面上的流量密度分布后，乘以该系数，可以更加准确的评价实际的喷淋冷却效果。
附图说明
图1为符合本发明优选实施例的研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置的示意图。
其中：1—供水箱；2—过滤器；3-供水管线；4-喷淋泵；5-调节阀；6-流量计；7-压力表；8-喷嘴；9-储水箱；10-透明围护；11-上管座；12-模拟乏燃料棒束；13-底座；14-集水槽；15-滑轨；16-支撑结构；17-排水口
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明一实施例提供的研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置，包括：
(1)17×17根金属棒组成、按照实际的乏燃料组件尺寸加工的模拟乏燃料棒束12，由定位格架及底座13进行固定；
(2)棒束12底部设置有底座13，底座13上设有与每根金属棒横截面相当并精准对照的开孔；
(3)乏燃料组件上管座11，固定在透明围护10上，与燃料棒束12相隔一定的距离，以还原真实燃料组件结构；
(4)棒束12和上管座11周围设置透明围护10，防止喷淋水的飞溅，也可用于可视化观测；
(5)底座13下部设置17×17个集水槽14，每个集水槽14截面尺寸与金属棒12和底座13开孔相当，并与其精准对照；
(6)集水槽14下部设置滑轨15，便于集水槽14的移动和水量测量；
(7)由供水箱1、过滤器2、喷淋泵4、调节阀5、喷嘴8构成的喷淋供水管路3，为模拟乏燃料棒束12提供喷淋水源，调节阀5可用于调节供水的流量；
(8)供水管路上设置流量计6和压力表7，用于监测喷淋供水的流量和压力。
本发明所述的研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验方法，进行步骤如下：
(1)首先在喷嘴8正下方特定高度上安装固定上管座11及其围护结构10，调整调节阀5的开度，确保集水槽14内干燥无积水；
(2)启动喷淋供水管路3并计时，持续稳定喷淋5分钟后停泵4；
(3)通过滑轨15移出集水槽14，采用标尺测量每个集水槽14内的喷淋水高度；
(4)将17×17棒束12的截面划分为13×13个5×5截面，按照步骤(3)的测量结果计算每个5×5截面的流量密度，并选取其最小值qmin((m3/h)/m2)；
(5)移走上管座11及其围护结构10，重新安装固定模拟燃料棒束12和集水槽14，使得棒束12顶部与步骤(1)中上管座11的上平面高度保持一致；
(6)保持步骤(1)中的调节阀5的开度不变，重复步骤(2)、(3)；
(7)根据集水槽14横截面积计算出喷淋水总体积，并结合17×17棒束12的横截面积计算出平均流量密度qavg((m3/h)/m2)；
(8)获得有上管座11和无上管座11时乏燃料组件12截面上保守的流量密度分布系数C＝qmin/qavg。
采用上述试验装置和方法，可获得有上管座和无上管座时乏燃料组件截面上保守的流量密度分布系数。在常规的乏燃料池喷淋系统性能试验得到燃料组件截面上的流量密度分布后，乘以该系数，即可获得更为保守和准确的实际工况下乏燃料组件上的喷淋流量密度分布情况，为进一步评价喷淋冷却效果奠定基础。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
1、本实施例提供的研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置，可获得有上管座和无上管座时乏燃料组件截面上保守的流量密度分布系数，在常规的乏燃料池喷淋系统性能试验得到燃料组件截面上的流量密度分布后，乘以该系数，可以更加准确的评价实际的喷淋冷却效果。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置，其特征在于，包括模拟乏燃料棒束；所述金属棒的上方和下方分别设有上管座和底座，所述上管座与所述模拟乏燃料棒束间隔设置，所述底座上设有与所述金属棒截面匹配的开孔；还包括集水槽；所述集水槽设置在所述底座的下方，且与所述开孔匹配；还包括喷淋供水管路，所述喷淋供水管路包括供水箱、过滤器、喷淋泵、调节阀和喷嘴；所述供水箱、过滤器、喷淋泵、调节阀和喷嘴依次连接；所述喷嘴朝向所述上管座设置。
2.如权利要求1所述的研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置，其特征在于，还包括透明围护，所述透明围护围绕所述模拟乏燃料棒束设置，所述上管座固定在所述透明围护上。
3.如权利要求2所述的研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置，其特征在于，还包括滑轨；所述滑轨设置在所述集水槽的下方。
4.如权利要求3所述的研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置，其特征在于，还包括支撑结构，所述支撑结构设置在所述模拟乏燃料棒束的周围，将一储水箱支撑于所述模拟乏燃料棒束的上方；所述储水箱的箱壁为透明围护；所述上管座设置在所述储水箱内。
5.如权利要求4所述的研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置，其特征在于，所述储水箱的底部设有排水口。
6.如权利要求1所述的研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置，其特征在于，所述模拟乏燃料棒束的金属棒个数为17×17根。
7.如权利要求1所述的研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验装置，其特征在于，所述集水槽的个数为17×17个。
8.一种研究乏燃料组件上管座对喷淋流量密度分布的影响的试验方法，
(1)首先在喷嘴正下方特定高度上安装固定上管座及其围护结构，调整调节阀的开度，确保集水槽内干燥无积水；
(2)启动喷淋供水管路并计时，持续稳定喷淋5分钟后停泵；
(3)通过滑轨移出集水槽，采用标尺测量每个集水槽内的喷淋水高度；
(4)将17×17棒束的截面划分为13×13个5×5截面，按照步骤(3)的测量结果计算每个5×5截面的流量密度，并选取其最小值qmin((m3/h)/m2)；
(5)移走上管座及其围护结构，重新安装固定模拟燃料棒束和集水槽，使得棒束顶部与步骤(1)中上管座的上平面高度保持一致；
(6)保持步骤(1)中的调节阀的开度不变，重复步骤(2)、(3)；
(7)根据集水槽横截面积计算出喷淋水总体积，并结合17×17棒束的横截面积计算出平均流量密度qavg((m3/h)/m2)；
(8)获得有上管座和无上管座时乏燃料组件截面上保守的流量密度分布系数C＝qmin/qavg。
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