CN110444301A - 模拟超临界压力瞬变工况实验装置与实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了模拟超临界压力瞬变工况实验装置与实验方法，模拟超临界压力瞬变工况实验装置，包括模拟堆芯热工环境的运行系统，运行系统包括；循环泵、循环泵出口分为实验支路和实验旁路，实验支路包括串联的实验支路流量计、实验支路调节阀、预热器、实验段，实验旁路包括串联的旁路流量计、旁路调节阀、其中，实验支路流量计与旁路流量计均与循环泵出口连通；还包括混合器，旁路调节阀的出口、实验段的出口均与混合器的入口连通，混合器与循环泵之间通过换热器串联，还包括氮气稳压器，氮气稳压器底部接口通过管道连接于换热器的出口至过混合器入口的管道上；实验段配置有功率可调的电源；还包括模拟超临界压力瞬变的泄压系统或/和增压系统。

Description

模拟超临界压力瞬变工况实验装置与实验方法

技术领域

本发明涉及反应堆热工水力及安全技术领域，具体模拟超临界压力瞬变工况实验装置与实验方法。

背景技术

在热力学中，工质水的热力学临界点参数约为：22.04MPa，374.0℃。

在国内外多个超临界水冷堆的概念设计方案中，堆芯运行压力多为25MPa，堆芯出口的冷却剂运行温度达到500℃或更高。因此，对于堆启停、失水事故等压力瞬变工况下，超临界水冷堆堆芯如何安全地跨越热力学临界点(22.04MPa，374.0℃)一直是业界广泛关注的技术挑战之一。

首先，近临界点压力区域(20-22MPa)临界热流密度值较低，而在此区域系统运行参数的控制又需要较高的燃料棒线功率水平，堆芯的热流密度安全裕量较小；其次，系统压力下降低于临界点后，可能出现冷却剂“闪蒸”现象，使得堆芯冷却剂和慢化剂的流动传热状态快速转变；最后，上述堆芯跨临界点潜在的风险，直接影响超临界水冷堆堆启停方案与事故应急处理策略的制定以及堆启停辅助系统与专设安全设施的配置。

目前，国内外关于压力瞬变工况下跨临界点热工安全特性的研究尚处于探索阶段。在实验研究方面，受制于超临界水工质的高温高压(高达25MPa、500℃)运行参数，相关的实验装置与实验技术多集中于氟利昂(氟利昂R134a的热力学临界点压力约为4.06MPa，临界点温度约为101.06℃)等模化工质，然而现阶段流体的模化理论仍不成熟，已获得的模化工质实验数据较难直接应用于超临界水冷堆技术研发；受制于实验装置与实验技术，现有实验的参数范围普遍较窄，初始稳态工况的实验段出口温度通常低于临界点或拟临界点温度，高压变速率、高热流密度、高出口温度的数据匮乏，相关的实验现象还未完整发现；受限于实验参数范围较窄，现有的部分实验结论相悖，如压变速率对压力瞬变工况下传热模式转变的影响规律。

发明内容

本发明目的在于：提出一种模拟超临界水冷堆压力瞬变工况下堆芯热工安全分离效应的实验装置与实验方法，突破超临界水工质高温高压运行参数下的实验技术难题，拓宽压力瞬变工况下跨临界点热工安全特性实验的参数范围，实现高压变速率、高热流密度、高出口温度等关键参数的控制与调节，同时保证整个高温高压系统与设备的安全性和可靠性。

本发明通过下述技术方案实现：

模拟超临界压力瞬变工况实验装置，

包括模拟堆芯热工环境的运行系统，

运行系统包括：氮气稳压器、循环路段、实验支路，所述循环路段包括：串联的换热器、循环泵，实验支路包括串联的实验支路流量计、实验支路调节阀、预热器、实验段，其中换热器与实验段出口连接，实验支路流量计与循环泵出口连接，氮气稳压器的底部接口连通到换热器、循环泵之间的管路上；实验段配置有功率可调的电源；

还包括模拟超临界压力瞬变的泄压系统或/和增压系统，

泄压系统包括快开快关阀、卸压系统调节阀，卸压系统调节阀入口连接于氮气稳压器底部接口的管道，卸压系统调节阀出口与快开快关阀入口相连接；

增压系统包括止回阀、柱塞泵、水箱，止回阀出口连接于氮气稳压器底部接口的管道，柱塞泵出口连接于止回阀入口，水箱底部接口连接于柱塞泵入口。

在实验装置中，主要由运行系统、增压系统或/和卸压系统构成，可以理解为：实验装置有3种状态，第一种：包括运行系统、增压系统，第二种：包括运行系统、卸压系统，第三种：包括运行系统、增压系统、卸压系统。其中，运行系统用于模拟超临界水冷堆堆芯系统运行的热工环境，增压系统实现运行系统压力的升高与压升速率的调节，卸压系统实现运行系统压力的下降与压降速率的调节。

运行系统包括循环泵、预热器、实验段、电源、换热器、氮气稳压器、实验支路流量计、实验支路调节阀、以及必要的连接管道组成。其中，为了模拟和观测反应堆在超临界压力瞬变的状态，因此需要在接近临界点时进行升压实验和降压实验，所谓升压实验是指先将系统运行到接近临界点的预定初始亚临界，然后采用增压系统为系统增压，让系统参数以增压的形式跨越临界点，并在该过程中观测数据的变化。所谓降压实验是指先将系统运行到超过临界点的预定初始超临界，然后采用泄压系统为系统减压，让系统参数以减压的形式跨越临界点。为了在升压实验、降压实验中分别控制好亚临界稳态工况和超临界稳态工况，需要循环泵、预热器、实验段、电源、换热器、氮气稳压器、实验支路流量计、实验支路调节阀、来综合调节，实现实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始亚临界稳态工况或初始超临界稳态工况。因此，本发明通过上述结构实现了多维度的参数设置，使得实验数据更加精细和充分，同时能配合可控的压变速率，来观测压变速率对压力瞬变工况下传热模式转变的影响规律。同时实验段、电源配合使得其能模拟出不同工况变化下反应堆的功率变化，使得实验更加符合实际状态。本发明通过上述运行系统的设备的可控调节，来实现了实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力等关键参数的控制与调节，给实验增加了更多维度的评价参量，同时，配合增压系统和降压系统的高压变速率，使得实验可以根据不同高压变速率进行实验，同时，由于本发明配置了，氮气稳压器，其可以设置初始运行系统压力，可以使得运行系统在初始升温升压阶段保持工质水处于单相液态，同时由于实验装置需要运行到热力学临界点之上，工质水的汽液两相差异消失，因此，只能使用氮气稳压器来调节运行系统的压力参数，这样就可以使得系统能压力参数和温度参数可以拓宽压力瞬变工况下跨临界点热工安全特性实验的参数范围，其具有可以拓宽到30MPa，600℃。也就是说，运行系统可以利用氮气稳压器来实现30MPa，600℃的运行参数。

由于本发明在降压实验时，需要将温度、压力提高到超临界状态，为了好控制运行系统升高到预定的超临界，其采用氮气稳压器来实现，在实现时，通过设置氮气稳压器的压力，一般采取提高氮气稳压器的压力的方式来实现，这样，提高氮气稳压器的压力，就可以使得运行系统在升温升压阶段，让运行系统压力先越过临界点压力到达预定的超临界压力，然后微调系统使得系统的温度后越过超临界温度到达预定的超临界温度，因此氮气稳压器是本发明统筹控制系统压力的重要设备。

另外，循环泵用于实现运行系统工质水的连续输送，预热器用于提高循环泵输出工质水的温度，以满足实验要求的实验段入口温度，实验段与电源共同模拟超临界水冷堆堆芯与核释热。换热器用于降低流入循环泵的水工质温度。

优选的，所述泄压系统还包括与快开快关阀连接的消音器。消音器用于消除水工质向环境排放时的噪音，保护实验人员的职业健康。

优选的，循环泵的入口配置有过滤器。过滤器用于滤去水工质中的颗粒杂质，均保证循环泵运行的安全性。

本发明还可以在运行系统管道中设置安全阀，当系统压力超过设计值保证整个实验装置系统与设备的安全性。安全阀可以优选设置于实验段出口管道上，也可以设置在其他管道位点上。

增压系统包括水箱、柱塞泵和止回阀以及必要的连接管道。水箱提供系统增压时所需的水工质；柱塞泵用于系统增压时将水工质输送至氮气稳压器底部；止回阀用于阻止增压系统运行与其他工况时水工质倒流。

卸压系统包括调节阀、快开快关阀、消音器以及必要的连接管道。调节阀用于控制排放工质的流量，进而调节系统压降速率；快开快关阀用于实现卸压系统的启闭。

优选的，为了参数精调，本发明还包括实验旁路，实验旁路包括串联的旁路流量计、旁路调节阀，还包括混合器，其中，实验旁路与实验支路并联，混合器的出口接换热器，混合器入口同时与实验段出口、旁路调节阀的出口连接，循环泵出口同时与旁路流量计的入口、实验支路流量计的入口连接。

设置与实验段平行的旁路，采用调节阀和流量计测量并调节实验段流量；混合器用于混合实验段流出的高温水工质与实验段平行的旁路低温水工质，降低流入换热器的水工质温度的不均匀性。基于上述旁路结构，若不设置实验旁路，则在调节各工况参数时，容易过调或出现反复调节，增加调节时间等问题，而本发明在单一的实验支路的基础上，若采用实验旁路，则可以充分利用旁路调节阀以及混合器来缓解过调，以此实现精调，从而避免反复调节次数过多的情况。旁路的设计对于整体系统调节时具有更加容易操作的可能性，调节方式较为简单，在后文有介绍2种形式下，调节方式的差异，但无论采不采用旁路均可以通过具体的调节方式达到预定的工况。

为了模拟全面的超临界压力瞬变，本发明提出了四种实验方法，分别是超临界压力增加实验方法、超临界压力降低实验方法，先超临界压力增加后超临界压力降低交替变化实验方法、先超临界压力降低后超临界压力增加交替变化实验方法，上述实验方法具体如下：

第一种：

基于模拟超临界压力瞬变工况实验装置的实验方法，包括超临界压力增加实验方法，该方法包括以下步骤：

升温升压亚临界步骤：关闭泄压系统和增压系统，设置氮气稳压器的压力，启动循环泵、预热器、换热器，换热器与预热器配合控制运行系统的升温升压速率和过冷度，使得工质水处于液相升温升压至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力；

亚临界稳态工况调整步骤：待运行系统升温升压至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始亚临界稳态工况，将运行系统由升温升压运行状态转变为初始亚临界稳态工况运行状态；

压力增加瞬态工况运行步骤：按照预定的压力升高速率调节柱塞泵运行频率，运行柱塞泵使得增压系统运行，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆启动过程中运行系统压力升高并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力增加瞬态工况的运行。

优选的，若所述实验方法是基于在没有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节和实验段入口温度的粗调，再调节节循环泵频率以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的精调，最后调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节；

若所述实验方法是基于在有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节循环泵频率、旁路调节阀和实验支路调节阀的开度以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的调节，再调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节，最后调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节。

第二种：

基于模拟超临界压力瞬变工况实验装置的实验方法，包括超临界压力下降实验方法，该方法包括以下步骤：

升温升压超临界步骤：关闭泄压系统和增压系统，设置氮气稳压器的压力，启动循环泵、预热器、换热器，换热器与预热器配合控制运行系统的升温升压速率和过冷度，使得工质水升温升压至接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力，控制氮气稳压器的压力使得运行系统压力先越过临界点压力接近初始超临界稳态压力，使得运行系统温度后越过临界点温度接近初始超临界稳态温度；

超临界稳态工况调整步骤：待运行系统升温升压至接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始超临界稳态工况，将运行系统由升温升压运行状态转变为初始超临界稳态工况运行状态；

压力降低瞬态工况运行步骤：初始超临界稳态工况建立后，按照预定的压力降低速率调节卸压系统调节阀开度，再开启快开快关阀，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆停止或失水事故中运行系统压力降低并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力降低瞬态工况的运行。

优选的，

优选的，若所述实验方法是基于在没有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节和实验段入口温度的粗调，再调节节循环泵频率以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的精调，最后调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节；

若所述实验方法是基于在有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节循环泵频率、旁路调节阀和实验支路调节阀的开度以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的调节，再调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节，最后调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节。

第三种：

基于模拟超临界压力瞬变工况实验装置的实验方法，包括压力降低压力升高交替工况运行实验方法，先开展压力降低瞬态工况后开展压力升高瞬态工况时，所述实验方法的步骤为：

S1、升温升压超临界步骤：关闭泄压系统和增压系统，设置氮气稳压器的压力，启动循环泵、预热器、换热器，换热器与预热器配合控制运行系统的升温升压速率和过冷度，使得工质水升温升压至接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力，控制氮气稳压器的压力使得运行系统压力先越过临界点压力接近初始超临界稳态压力，使得运行系统温度后越过临界点温度接近初始超临界稳态温度；

S2、超临界稳态工况调整步骤：待运行系统升温升压至接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始超临界稳态工况，将运行系统转变为初始超临界稳态工况运行状态；

S3、压力降低瞬态工况运行步骤：初始超临界稳态工况建立后，按照预定的压力降低速率调节卸压系统调节阀开度，再开启快开快关阀，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆停止或失水事故中系统压力降低并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力降低瞬态工况的运行；

S4、降压转稳态工况处理运行步骤：当运行系统压力降低至接近初始亚临界稳态压力后，关闭快开快关阀和卸压系统调节阀，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力，将运行系统由瞬态运行状态转变为接近初始亚临界稳态运行状态；

S5、亚临界稳态工况调整步骤：待运行系统运行至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力时，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始亚临界稳态工况，将运行系统转变为初始亚临界稳态工况运行状态；

S6、压力增加瞬态工况运行步骤：当运行系统转变为初始亚临界稳态工况运行状态时，按照预定的压力升高速率调节柱塞泵运行频率，运行柱塞泵使得增压系统运行，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆启动过程中运行系统压力升高并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力增加瞬态工况的运行；

S7、升压转稳态工况处理运行步骤：当运行系统压力升高至接近初始超临界稳态压力后，停止运行柱塞泵，关闭增压系统，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力，将运行系统由瞬态运行状态转变为接近初始超临界稳态运行状态；

S8、重复上述S2至S7。

第四种：

基于模拟超临界压力瞬变工况实验装置的实验方法，包括压力升高压力降低交替工况运行实验方法，先开展压力升高瞬态工况后开展压力降低瞬态工况时，所述实验方法的步骤为：

L1、升温升压亚临界步骤：关闭泄压系统和增压系统，设置氮气稳压器的压力，启动循环泵、预热器、换热器，换热器与预热器配合控制运行系统的升温升压速率和过冷度，使得工质水处于液相升温升压至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力；

L2、亚临界稳态工况调整步骤：待运行系统升温升压至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始亚临界稳态工况，将运行系统转变为初始亚临界稳态工况运行状态；

L3、压力增加瞬态工况运行步骤：运行系统转变为初始亚临界稳态工况运行状态后，按照预定的压力升高速率调节柱塞泵运行频率，运行柱塞泵使得增压系统运行，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆启动过程中运行系统压力升高并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力增加瞬态工况的运行；

L4、升压转稳态工况处理运行步骤：当运行系统压力升高至接近初始超临界稳态压力后，停止运行柱塞泵，关闭增压系统，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力，将运行系统由瞬态运行状态转变为接近初始超临界稳态运行状态；

L5、超临界稳态工况调整步骤：待运行系统接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始超临界稳态工况，将运行系统转变为初始超临界稳态工况运行状态；

L6、压力降低瞬态工况运行步骤：初始超临界稳态工况建立后，按照预定的压力降低速率调节卸压系统调节阀开度，再开启快开快关阀，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆停止或失水事故中系统压力降低并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力降低瞬态工况的运行；

L7、降压转稳态工况处理运行步骤：当运行系统压力降低至接近初始亚临界稳态压力后，关闭快开快关阀和卸压系统调节阀，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力，将运行系统由瞬态运行状态转变为接近初始亚临界稳态运行状态；

L8、重复上述L2至L7。

上述第三种和第四种方法中，综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

若所述实验方法是基于在没有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节和实验段入口温度的粗调，再调节节循环泵频率以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的精调，最后调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节；

若所述实验方法是基于在有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节循环泵频率、旁路调节阀和实验支路调节阀的开度以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的调节，再调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节，最后调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节。

本发明的有益效果包括：

a.采用本发明提供的实验装置与实验方法，可以模拟超临界水冷堆压力瞬变工况下堆芯热工安全分离效应；

b.采用本发明提供的实验装置与实验方法，可以突破超临界水工质高温高压运行参数下的实验技术难题，拓宽水工质压力瞬变工况下跨临界点热工安全特性实验的热工参数范围至30MPa、600℃；

c.采用本发明提供的实验装置与方法，可以实现高压变速率、高热流密度、高出口温度等关键参数覆盖现有超临界水冷堆概念设计方案的参数范围并且可以实时控制与调节，并且保证整个高温高压实验系统与设备的安全性和可靠性，；

d.采用本发明提供的实验装置与实验方法，可以获得较为完整的压力瞬变工况下跨临界点热工安全现象，获得的水工质实验数据可以直接应用于超临界水冷堆技术研发中安全分析工具的完善与优化。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图。

图中附图标记分别表示为：1、循环泵，2、实验支路流量计，3、实验支路调节阀，4、预热器，5、实验段，6、安全阀，7、混合器，8、换热器，9、过滤器，10、旁路流量计，11、旁路调节阀，12、电源，13、氮气稳压器，14、卸压系统调节阀，15、快开快关阀，16、消音器，17、止回阀，18、柱塞泵，19、水箱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，模拟超临界压力瞬变工况实验装置，

参考图1，在没有旁路时，实验装置：包括模拟堆芯热工环境的运行系统，

运行系统包括：氮气稳压器13、循环路段、实验支路，所述循环路段包括：串联的换热器8、循环泵1，实验支路包括串联的实验支路流量计2、实验支路调节阀3、预热器4、实验段5，其中换热器8与实验段5出口连接，实验支路流量计2与循环泵1出口连接，氮气稳压器13的底部接口连通到换热器8、循环泵1之间的管路上；实验段5配置有功率可调的电源12；

运行系统包括循环泵、预热器、实验段、电源、换热器、氮气稳压器、流量计、调节阀以及必要的连接管道。各设备的连接关系如下：循环泵出口分为1条支路，即实验支路因此，循环泵出口与实验支路流量计入口连接，然后实验支路流量计出口与实验支路调节阀入口连接，实验支路调节阀出口与预热器段入口连接，预热器段出口与实验段入口连接，而换热器的管程出口与循环泵入口相连。氮气稳压器底部接口通过管道连接于换热器的管程出口至循环泵的管道上，电源的正负极通过导线分别连接于实验段的正负极。

还包括模拟超临界压力瞬变的泄压系统或/和增压系统，

泄压系统包括快开快关阀15、卸压系统调节阀14，卸压系统调节阀入口连接于氮气稳压器13底部接口的管道，卸压系统调节阀14出口与快开快关阀15入口相连接；

增压系统包括止回阀17、柱塞泵18、水箱19，止回阀17出口连接于13氮气稳压器13底部接口的管道，柱塞泵18出口连接于止回阀17入口，水箱19底部接口连接于柱塞泵18入口。

在实验装置中，主要由运行系统、增压系统或/和卸压系统构成，可以理解为：实验装置有3种状态，第一种：包括运行系统、增压系统，第二种：包括运行系统、卸压系统，第三种：包括运行系统、增压系统、卸压系统。其中，运行系统用于模拟超临界水冷堆堆芯系统运行的热工环境，增压系统实现运行系统压力的升高与压升速率的调节，卸压系统实现运行系统压力的下降与压降速率的调节。

运行系统包括循环泵、预热器、实验段、电源、换热器、氮气稳压器、实验支路流量计、实验支路调节阀、以及必要的连接管道组成。其中，为了模拟和观测反应堆在超临界压力瞬变的状态，因此需要在接近临界点时进行升压实验和降压实验，所谓升压实验是指先将系统运行到接近临界的预定初始亚临界，然后采用增压系统为系统增压，让系统参数以增压的形式跨越临界点，并在该过程中观测数据的变化。所谓降压实验是指先将系统运行到超过临界的预定初始超临界，然后采用泄压系统为系统减压，让系统参数以减压的形式跨越临界点。为了在升压实验、降压实验中分别控制好亚临界稳态工况和超临界稳态工况，需要循环泵、预热器、实验段、电源、换热器、氮气稳压器、实验支路流量计、实验支路调节阀来综合调节，实现实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始亚临界稳态工况或初始超临界稳态工况。因此，本发明通过上述结构实现了多维度的参数设置，使得实验数据更加具体和充分，同时能配合可控的压变速率，来观测压变速率对压力瞬变工况下传热模式转变的影响规律。同时实验段、电源配合使得其能模拟出不同工况变化下反应堆的功率变化，使得实验更加符合实际状态。本发明通过上述运行系统的设备的可控调节，来实现了实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力等关键参数的控制与调节，给实验增加了更多维度的评价参量，同时，配合增压系统和降压系统的高压变速率，使得实验可以根据不同高压变速率进行实验，同时，由于本发明配置了，氮气稳压器，其可以设置初始运行系统压力，可以使得运行系统在初始升温升压阶段保持工质水处于单相液态，同时由于实验装置需要运行到热力学临界点之上，工质水的汽液两相差异消失，因此，只能使用氮气稳压器来调节运行系统的压力参数，这样就可以使得系统能压力参数和温度参数可以拓宽压力瞬变工况下跨临界点热工安全特性实验的参数范围，其具有可以拓宽到30MPa，600℃。也就是说，运行系统可以利用氮气稳压器来实现30MPa，600℃的运行参数。

由于本发明在降压实验时，需要将温度、压力提高到超临界状态，为了保障系统及设备安全同时更高效地控制运行系统升高到预定的超临界，其采用氮气稳压器13来实现，在实现时，通过设置氮气稳压器13的压力，一般采取提高氮气稳压器13的压力的方式来实现，这样，提高氮气稳压器13的压力，就可以使得运行系统在升温升压阶段，让运行系统压力先越过临界点压力到达预定的超临界压力，然后微调系统使得系统的温度后越过超临界温度到达预定的超临界温度，因此氮气稳压器13是本发明统筹控制系统压力的重要设备。

另外，循环泵用于实现运行系统工质水的连续输送，预热器用于提高循环泵输出工质水的温度，以满足实验要求的实验段入口温度，实验段与电源共同模拟超临界水冷堆堆芯与核释热，设置与实验段平行的旁路，采用调节阀和流量计测量并调节实验段流量；混合器用于混合实验段流出的高温水工质与实验段平行的旁路低温水工质，降低流入换热器的水工质温度的不均匀性。换热器用于降低流入循环泵的水工质温度

优选的，所述泄压系统还包括与快开快关阀连接的消音器16。消音器用于消除水工质向环境排放时的噪音，保护实验人员的职业健康。

优选的，循环泵1的入口配置有过滤器9。过滤器用于滤去水工质中的颗粒杂质，均保证循环泵运行的安全性。

本发明还可以在运行系统管道中设置安全阀，当系统压力超过设计值保证整个实验装置系统与设备的安全性。安全阀可以优选设置于实验段出口管道上，也可以设置在其他管道位点上。

增压系统包括水箱、柱塞泵和止回阀以及必要的连接管道。水箱提供系统增压时所需的水工质；柱塞泵用于系统增压时将水工质输送至氮气稳压器底部；止回阀用于阻止增压系统运行与其他工况时水工质倒流。

卸压系统包括调节阀、快开快关阀、消音器以及必要的连接管道。调节阀用于控制排放工质的流量，进而调节系统压降速率；快开快关阀用于实现卸压系统的启闭。

在上述实施例的基础上，本实施例还可以延伸如图1具备实验旁路的实验装置，其在上述实施例的基础上设置有实验旁路，具体的：还包括实验旁路，实验旁路包括串联的旁路流量计10、旁路调节阀11，还包括混合器7，其中，实验旁路与实验支路并联，混合器7的出口接换热器8，混合器7入口同时与实验段5出口、旁路调节阀11的出口连接，循环泵1出口同时与旁路流量计(10)的入口、实验支路流量计2的入口连接。

实施例2

为了模拟全面的超临界压力瞬变，本发明提出了四种实验方法，分别是超临界压力增加实验方法、超临界压力降低实验方法，先超临界压力增加后超临界压力降低交替变化实验方法、先超临界压力降低后超临界压力增加交替变化实验方法，上述实验方法具体如下4个实施例：

实施例2.1

如图1所示，第一种：

基于模拟超临界压力瞬变工况实验装置的实验方法，包括超临界压力增加实验方法，该方法包括以下步骤：

升温升压亚临界步骤：关闭泄压系统和增压系统，设置氮气稳压器的压力(1MPa)，启动循环泵、预热器、换热器，换热器与预热器配合控制运行系统的升温升压速率和过冷度，使得工质水处于液相升温升压至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力；接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力分别设置为：360℃、20MPa；

亚临界稳态工况调整步骤：待运行系统升温升压至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始亚临界稳态工况，将运行系统由升温升压运行状态转变为初始亚临界稳态工况运行状态；初始亚临界稳态工况的温度和压力分别设置为：370℃、21MPa；

压力增加瞬态工况运行步骤：按照预定的压力升高速率调节柱塞泵运行频率，运行柱塞泵使得增压系统运行，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆启动过程中运行系统压力升高并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力增加瞬态工况的运行。

优选的，

若所述实验方法是基于权利要求1所述的模拟超临界压力瞬变工况实验装置进行，即在没有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节和实验段入口温度的粗调，再调节节循环泵频率以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的精调，最后调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节；

若所述实验方法是基于权利要求4所述的模拟超临界压力瞬变工况实验装置进行，即在有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节循环泵频率、旁路调节阀11和实验支路调节阀3的开度以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的调节，再调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节，最后调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节。

实施例2.2

如图1所示，第二种：

基于模拟超临界压力瞬变工况实验装置的实验方法，包括超临界压力下降实验方法，该方法包括以下步骤：

升温升压超临界步骤：关闭泄压系统和增压系统，设置氮气稳压器的压力(2-4MPa)，启动循环泵、预热器、换热器，换热器与预热器配合控制运行系统的升温升压速率和过冷度，使得工质水升温升压至接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力，控制氮气稳压器的压力使得运行系统压力先越过临界点压力接近初始超临界稳态压力，使得运行系统温度后越过临界点温度接近初始超临界稳态温度；具体的，接近初始超临界稳态温度、接近初始超临界稳态压力的值分别设置为：480℃、24MPa；

超临界稳态工况调整步骤：待运行系统升温升压至接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始超临界稳态工况，将运行系统由升温升压运行状态转变为初始超临界稳态工况运行状态；初始超临界稳态工况下的初始超临界稳态温度、初始超临界稳态压力的值分别设置为：500.0℃、25MPa；这两个参数可以根据具体实验需要而确定，不是确定值。

压力降低瞬态工况运行步骤：初始超临界稳态工况建立后，按照预定的压力降低速率调节卸压系统调节阀开度，再开启快开快关阀，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆停止或失水事故中运行系统压力降低并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力降低瞬态工况的运行。

优选的，

若所述实验方法是基于在没有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节和实验段入口温度的粗调，再调节节循环泵频率以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的精调，最后调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节；

若所述实验方法是基于在有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节循环泵频率、旁路调节阀11和实验支路调节阀3的开度以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的调节，再调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节，最后调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节。

实施例2.3

如图1所示，第三种：

基于模拟超临界压力瞬变工况实验装置的实验方法，包括压力降低压力升高交替工况运行实验方法，先开展压力降低瞬态工况后开展压力升高瞬态工况时，所述实验方法的步骤为：

S1、升温升压超临界步骤：关闭泄压系统和增压系统，设置氮气稳压器的压力(2-4MPa)，启动循环泵、预热器、换热器，换热器与预热器配合控制运行系统的升温升压速率和过冷度，使得工质水升温升压至接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力，控制氮气稳压器的压力使得运行系统压力先越过临界点压力接近初始超临界稳态压力，使得运行系统温度后越过临界点温度接近初始超临界稳态温度；接近初始超临界稳态温度、接近初始超临界稳态压力的值分别设置为：480℃、24MPa；

S2、超临界稳态工况调整步骤：待运行系统升温升压至接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始超临界稳态工况，将运行系统转变为初始超临界稳态工况运行状态；初始超临界稳态工况下的初始超临界稳态温度、初始超临界稳态压力的值分别设置为：500.0℃、25MPa；

S3、压力降低瞬态工况运行步骤：初始超临界稳态工况建立后，按照预定的压力降低速率调节卸压系统调节阀开度，再开启快开快关阀，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆停止或失水事故中系统压力降低并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力降低瞬态工况的运行；

S4、降压转稳态工况处理运行步骤：当运行系统压力降低至接近初始亚临界稳态压力后，关闭快开快关阀和卸压系统调节阀，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力，将运行系统由瞬态运行状态转变为接近初始亚临界稳态运行状态；接近初始亚临界稳态压力的值为:20MPa；

S5、亚临界稳态工况调整步骤：待运行系统运行至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力时，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始亚临界稳态工况，将运行系统转变为初始亚临界稳态工况运行状态；接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力分别设置为：360℃、20MPa；初始亚临界稳态工况的温度和压力分别设置为：370℃、21MPa；

S6、压力增加瞬态工况运行步骤：当运行系统转变为初始亚临界稳态工况运行状态时，按照预定的压力升高速率调节柱塞泵运行频率，运行柱塞泵使得增压系统运行，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆启动过程中运行系统压力升高并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力增加瞬态工况的运行；

S7、升压转稳态工况处理运行步骤：当运行系统压力升高至接近初始超临界稳态压力后，停止运行柱塞泵，关闭增压系统，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力，将运行系统由瞬态运行状态转变为接近初始超临界稳态运行状态；接近初始超临界稳态压力的值设置为：24MPa；

S8、重复上述S2至S7。

综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

若所述实验方法是基于在没有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节和实验段入口温度的粗调，再调节节循环泵频率以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的精调，最后调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节；

若所述实验方法是基于在有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节循环泵频率、旁路调节阀和实验支路调节阀的开度以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的调节，再调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节，最后调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节。

实施例2.4

如图1所示，第四种：

基于模拟超临界压力瞬变工况实验装置的实验方法，包括压力升高压力降低交替工况运行实验方法，先开展压力升高瞬态工况后开展压力降低瞬态工况时，所述实验方法的步骤为：

L1、升温升压亚临界步骤：关闭泄压系统和增压系统，设置氮气稳压器的压力(1MPa)，启动循环泵、预热器、换热器，换热器与预热器配合控制运行系统的升温升压速率和过冷度，使得工质水处于液相升温升压至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力；接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力分别设置为：360℃、20MPa；

L2、亚临界稳态工况调整步骤：待运行系统升温升压至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始亚临界稳态工况，将运行系统转变为初始亚临界稳态工况运行状态；初始亚临界稳态工况的温度和压力分别设置为：370℃、21MPa；

L3、压力增加瞬态工况运行步骤：运行系统转变为初始亚临界稳态工况运行状态后，按照预定的压力升高速率调节柱塞泵运行频率，运行柱塞泵使得增压系统运行，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆启动过程中运行系统压力升高并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力增加瞬态工况的运行；

L4、升压转稳态工况处理运行步骤：当运行系统压力升高至接近初始超临界稳态压力后，停止运行柱塞泵，关闭增压系统，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力，将运行系统由瞬态运行状态转变为接近初始超临界稳态运行状态；接近初始超临界稳态压力的值设置为：24MPa；

L5、超临界稳态工况调整步骤：待运行系统接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始超临界稳态工况，将运行系统转变为初始超临界稳态工况运行状态；接近初始超临界稳态温度、接近初始超临界稳态压力的值分别设置为：480℃、24MPa；；始超临界稳态工况下的初始超临界稳态温度、初始超临界稳态压力的值分别设置为：500.0℃、25MPa；

L6、压力降低瞬态工况运行步骤：初始超临界稳态工况建立后，按照预定的压力降低速率调节卸压系统调节阀开度，再开启快开快关阀，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆停止或失水事故中系统压力降低并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力降低瞬态工况的运行；

L7、降压转稳态工况处理运行步骤：当运行系统压力降低至接近初始亚临界稳态压力后，关闭快开快关阀和卸压系统调节阀，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力，将运行系统由瞬态运行状态转变为接近初始亚临界稳态运行状态；接近初始亚临界稳态压力20MPa，接近初始亚临界稳态运行状态下接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力分别设置为：360℃、20MPa；

L8、重复上述L2至L7。

综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

若所述实验方法是基于在没有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节和实验段入口温度的粗调，再调节节循环泵频率以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的精调，最后调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节；

若所述实验方法是基于在有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节循环泵频率、旁路调节阀和实验支路调节阀的开度以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的调节，再调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节，最后调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节。

上述实施例时，还可以控制循环泵运行频率、以模拟主泵惰转。

上述数值仅代表操作时的大概值，由于热工实验具有复杂性，与实验的具体环境有较大关系，因此上述数值仅仅是便于理解的设计值，具体数值应当根据当时具体实验环境具体设定，可以根据上述数值进行适当调整。

本发明提出一种模拟超临界水冷堆压力瞬变工况下堆芯热工安全分离效应的实验装置与实验方法，实验装置包括运行系统、增压系统和卸压系统，主要设备包括循环泵、预热器、实验段、电源、混合器、换热器、过滤器、氮气稳压器、调节阀、安全阀、水箱、柱塞泵、止回阀、快开快关阀、消音器以及必要的连接管道与流量计、温度、压力压差测量设备。实验方法包括系统升温升压方法、初始稳态工况建立方法、瞬态工况运行方法、瞬态工况转稳态工况处理方法以及两种瞬态工况交替运行方法。采用本发明提出的实验装置及实验方法，可以突破超临界水工质高温高压运行参数下的实验技术难题，拓宽压力瞬变工况下跨临界点热工安全特性实验的热工参数范围，实现高压变速率、高热流密度、高出口温度等关键参数的控制与调节，保证整个高温高压系统与设备的安全性和可靠性，为压力瞬变工况下跨临界点热工安全特性研究提供技术支撑，为超临界水冷堆技术研发中安全分析工具的完善优化提供实验支撑。

超临界水冷堆运行在水的热力学临界点(374℃，22.1MPa)之上，具有机组热效率高、系统简化、技术继承性好、核燃料利用率高等突出的优点，在各类候选第四代反应堆系统中极具竞争力。然而，受制于实验装置及实验技术，对于堆启停、失水事故等压力瞬变工况下，超临界水冷堆堆芯如何安全地跨越热力学临界点(22.04MPa，374.0℃)这一关键的技术挑战仍处于探索研究阶段，已获得实验成果即不能反映压力瞬变工况下超临界水冷对堆芯真实热工特性，又不能直接应用于超临界水冷堆的技术研发。在这一研究需求背景下，利用本专利突出的实验装置和实验方法，可以突破现有超临界水工质实验技术瓶颈，拓展实验研究的参数范围，满足实验研究的技术参数要求，为超临界水冷堆技术研发中安全分析工具的完善优化提供实验支撑。因此，本发明具有较好的使用前景及市场价值。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.模拟超临界压力瞬变工况实验装置，其特征在于：

包括模拟堆芯热工环境的运行系统，

运行系统包括：氮气稳压器(13)、循环路段、实验支路，所述循环路段包括：串联的换热器(8)、循环泵(1)，实验支路包括串联的实验支路流量计(2)、实验支路调节阀(3)、预热器(4)、实验段(5)，其中换热器(8)与实验段(5)出口连接，实验支路流量计(2)与循环泵(1)出口连接，氮气稳压器(13)的底部接口连通到换热器(8)、循环泵(1)之间的管路上；实验段(5)配置有功率可调的电源(12)；

还包括模拟超临界压力瞬变的泄压系统或/和增压系统，

泄压系统包括快开快关阀(15)、卸压系统调节阀(14)，卸压系统调节阀入口连接于氮气稳压器(13)底部接口的管道，卸压系统调节阀(14)出口与快开快关阀(15)入口相连接；

增压系统包括止回阀(17)、柱塞泵(18)、水箱(19)，止回阀(17)出口连接于(13)氮气稳压器(13)底部接口的管道，柱塞泵(18)出口连接于止回阀(17)入口，水箱(19)底部接口连接于柱塞泵(18)入口。

2.根据权利要求1所述的模拟超临界压力瞬变工况实验装置，其特征在于，所述泄压系统还包括与快开快关阀连接的消音器(16)。

3.根据权利要求1所述的模拟超临界压力瞬变工况实验装置与实验方法，其特征在于，循环泵(1)的入口配置有过滤器(9)。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的模拟超临界压力瞬变工况实验装置，其特征在于，

还包括实验旁路，实验旁路包括串联的旁路流量计(10)、旁路调节阀(11)，还包括混合器(7)，其中，实验旁路与实验支路并联，混合器(7)的出口接换热器(8)，混合器(7)入口同时与实验段(5)出口、旁路调节阀(11)的出口连接，循环泵(1)出口同时与旁路流量计(10)的入口、实验支路流量计(2)的入口连接。

5.基于模拟超临界压力瞬变工况实验装置的实验方法，其特征在于，包括超临界压力增加实验方法，该方法包括以下步骤：

升温升压亚临界步骤：关闭泄压系统和增压系统，设置氮气稳压器的压力，启动循环泵、预热器、换热器，换热器与预热器配合控制运行系统的升温升压速率和过冷度，使得工质水处于液相升温升压至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力；

亚临界稳态工况调整步骤：待运行系统升温升压至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始亚临界稳态工况，将运行系统由升温升压运行状态转变为初始亚临界稳态工况运行状态；

压力增加瞬态工况运行步骤：按照预定的压力升高速率调节柱塞泵运行频率，运行柱塞泵使得增压系统运行，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆启动过程中运行系统压力升高并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力增加瞬态工况的运行。

6.根据权利要求5所述的实验方法，其特征在于，

若所述实验方法是基于权利要求1所述的模拟超临界压力瞬变工况实验装置进行，即在没有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节和实验段入口温度的粗调，再调节循环泵频率以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的精调，最后调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节；

若所述实验方法是基于权利要求4所述的模拟超临界压力瞬变工况实验装置进行，即在有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节循环泵频率、旁路调节阀(11)和实验支路调节阀(3)的开度以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的调节，再调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节，最后调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节。

7.基于模拟超临界压力瞬变工况实验装置的实验方法，其特征在于，包括超临界压力下降实验方法，该方法包括以下步骤：

升温升压超临界步骤：关闭泄压系统和增压系统，设置氮气稳压器的压力，启动循环泵、预热器、换热器，换热器与预热器配合控制运行系统的升温升压速率和过冷度，使得工质水升温升压至接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力，控制氮气稳压器的压力使得运行系统压力先越过临界点压力接近初始超临界稳态压力，使得运行系统温度后越过临界点温度接近初始超临界稳态温度；

超临界稳态工况调整步骤：待运行系统升温升压至接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始超临界稳态工况，将运行系统由升温升压运行状态转变为初始超临界稳态工况运行状态；

压力降低瞬态工况运行步骤：初始超临界稳态工况建立后，按照预定的压力降低速率调节卸压系统调节阀开度，再开启快开快关阀，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆停止或失水事故中运行系统压力降低并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力降低瞬态工况的运行。

8.根据权利要求7所述的实验方法，其特征在于，

若所述实验方法是基于权利要求1所述的模拟超临界压力瞬变工况实验装置进行，即在没有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节和实验段入口温度的粗调，再调节循环泵频率以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的精调，最后调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节；

若所述实验方法是基于权利要求4所述的模拟超临界压力瞬变工况实验装置进行，即在有实验旁路的模拟超临界压力瞬变工况实验装置的基础上进行时，则综合调节运行系统的各设备的具体方法为：

先调节循环泵频率、旁路调节阀(11)和实验支路调节阀(3)的开度以实现实验段质量流量的调节，再调节预热器的功率以实现实验段入口温度的调节，再调节电源的功率以实现实验段加热壁面热流密度的调节，最后调节换热器的冷却水流量以实现运行系统压力的调节。

9.基于模拟超临界压力瞬变工况实验装置的实验方法，其特征在于，包括压力降低压力升高交替工况运行实验方法，先开展压力降低瞬态工况后开展压力升高瞬态工况时，所述实验方法的步骤为：

S1、升温升压超临界步骤：关闭泄压系统和增压系统，设置氮气稳压器的压力，启动循环泵、预热器、换热器，换热器与预热器配合控制运行系统的升温升压速率和过冷度，使得工质水升温升压至接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力，控制氮气稳压器的压力使得运行系统压力先越过临界点压力接近初始超临界稳态压力，使得运行系统温度后越过临界点温度接近初始超临界稳态温度；

S2、超临界稳态工况调整步骤：待运行系统升温升压至接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始超临界稳态工况，将运行系统转变为初始超临界稳态工况运行状态；

S3、压力降低瞬态工况运行步骤：初始超临界稳态工况建立后，按照预定的压力降低速率调节卸压系统调节阀开度，再开启快开快关阀，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆停止或失水事故中系统压力降低并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力降低瞬态工况的运行；

S4、降压转稳态工况处理运行步骤：当运行系统压力降低至接近初始亚临界稳态压力后，关闭快开快关阀和卸压系统调节阀，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力，将运行系统由瞬态运行状态转变为接近初始亚临界稳态运行状态；

S5、亚临界稳态工况调整步骤：待运行系统运行至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力时，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始亚临界稳态工况，将运行系统转变为初始亚临界稳态工况运行状态；

S6、压力增加瞬态工况运行步骤：当运行系统转变为初始亚临界稳态工况运行状态时，按照预定的压力升高速率调节柱塞泵运行频率，运行柱塞泵使得增压系统运行，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆启动过程中运行系统压力升高并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力增加瞬态工况的运行；

S7、升压转稳态工况处理运行步骤：当运行系统压力升高至接近初始超临界稳态压力后，停止运行柱塞泵，关闭增压系统，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力，将运行系统由瞬态运行状态转变为接近初始超临界稳态运行状态；

S8、重复上述S2至S7。

10.基于模拟超临界压力瞬变工况实验装置的实验方法，其特征在于，包括压力升高压力降低交替工况运行实验方法，先开展压力升高瞬态工况后开展压力降低瞬态工况时，所述实验方法的步骤为：

L1、升温升压亚临界步骤：关闭泄压系统和增压系统，设置氮气稳压器的压力，启动循环泵、预热器、换热器，换热器与预热器配合控制运行系统的升温升压速率和过冷度，使得工质水处于液相升温升压至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力；

L2、亚临界稳态工况调整步骤：待运行系统升温升压至接近初始亚临界稳态温度和接近初始亚临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始亚临界稳态工况，将运行系统转变为初始亚临界稳态工况运行状态；

L3、压力增加瞬态工况运行步骤：运行系统转变为初始亚临界稳态工况运行状态后，按照预定的压力升高速率调节柱塞泵运行频率，运行柱塞泵使得增压系统运行，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆启动过程中运行系统压力升高并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力增加瞬态工况的运行；

L4、升压转稳态工况处理运行步骤：当运行系统压力升高至接近初始超临界稳态压力后，停止运行柱塞泵，关闭增压系统，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力，将运行系统由瞬态运行状态转变为接近初始超临界稳态运行状态；

L5、超临界稳态工况调整步骤：待运行系统接近初始超临界稳态温度和初始超临界稳态压力时，启动电源使得实验段加热，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力到达预定的初始超临界稳态工况，将运行系统转变为初始超临界稳态工况运行状态；

L6、压力降低瞬态工况运行步骤：初始超临界稳态工况建立后，按照预定的压力降低速率调节卸压系统调节阀开度，再开启快开快关阀，同时按照预定的堆功率变化曲线调节电源输出功率，模拟超临界水冷堆堆停止或失水事故中系统压力降低并跨越热力学临界点的热工特性，实现压力降低瞬态工况的运行；

L7、降压转稳态工况处理运行步骤：当运行系统压力降低至接近初始亚临界稳态压力后，关闭快开快关阀和卸压系统调节阀，综合调节运行系统的各设备，使得实验段入口温度、实验段加热壁面热流密度、实验段质量流量以及运行系统压力，将运行系统由瞬态运行状态转变为接近初始亚临界稳态运行状态；

L8、重复上述L2至L7。