CN113140339A - 用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置，包括棒束组件、离心泵、储水排水系统和流量调节装置，所述棒束组件、离心泵、储水排水系统通过管路连接成循环回路，所述流量调节装置设置在所述循环回路中，所述棒束组件设有进口和出口，所述棒束组件的进口和出口处分别设有数显压力控制器，该回路装置连接电源控制系统。本发明提供了可视化观察棒束组件内部的流体流动的实验装置，在流体流动回路中采用强迫循环的方式，对于流动流体既可以选择单相的液体，可以获得三角形通道内的流动数据，为快中子反应堆的设计、制造、验证、加工等环节提供实验基础，同时也可以为计算流体力学模拟提供校核依据。
Description
技术领域
本发明涉及多相流应用与实验仪器设计领域，具体涉及一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置。
背景技术
随着核反应堆工程的发展，核燃料的循环利用与核废料的处理受到越来越多的关注。在核废料的处理中，液态金属冷却快中子反应堆具有很好的发展前景，它在中子利用的经济性、运行的安全性等方面具有巨大优势，因此它作为第四代反应堆的代表堆型具有很大的应用空间。
在液态金属冷却快中子反应堆中，燃料组件采用六角形的方式布置，相比于四边形布置的组件，它的流动和传热特性会有所不同。同时，当快中子反应堆发生蒸汽发生器管道破裂事故时，燃料组件内将形成多相流动，对于事故情况的模拟，需要设计具有六边形燃料组件结构的实验仪器。棒束组件通过采用快中子反应堆内燃料组件的设计参数，可以实现组件内的单相流和多相流模拟，为快中子反应堆的设计和验证提供实验依据，然而现有公开文献中并没有提及此类测试装置。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置，包括棒束组件、离心泵、储水排水系统和流量调节装置，所述棒束组件、离心泵、储水排水系统通过管路连接成循环回路，所述流量调节装置设置在所述循环回路中，所述棒束组件设有进口和出口，所述棒束组件的进口和出口处分别设有数显压力控制器，该回路装置连接电源控制系统。
进一步地，所述的棒束组件设置成六角形，棒束为三角形排布。
进一步地，所述的棒束组件中的燃料棒直径6.55mm，相邻燃料棒心间距9.17mm，燃料棒轴向高度1.1m，六边形组件盒对边相距86mm。
进一步地，所述棒束组件采用透明材质制成。
进一步地，所述棒束组件的底端设置流体进口，顶端设置流体出口，所述流量调节装置设置在所述流体进口的前端。
进一步地，所述电源控制系统包含电源供电装置和漏电断路器，漏电断路器采用上德集团DZL18-32/1，具体参数为：短路保护配置RL6-25/20，漏电动作电流30mA，漏电不动作电流15mA，分断时间≤0.1s，额定电流32A，额定电压220V/50Hz。开关上带有“合”、“分”按钮，在需要给实验装置通电时，需合上点源，在实验结束时，需要分开开关。
进一步地，所述数显压力控制器集压力测量、显示、控制于一体，具有操作简单、抗震性好、控制精度高、使用寿命长等特点，因此将此设备作为该回路的压力显示装置，用于测量和显示燃料棒束组件的进口和出口压力。该实验回路采用MD-S800型号数显压力控制器两个。它的参数为：压力量程0-10MPa，过载压力150％，精度等级0.5％，供电220V AC，采样速率5次/秒，使用温度-20℃--80℃。分别布置于燃料棒束组件的进口管路和出口管路上，用于测量还未进入燃料棒束组件的流体压力和已经流出燃料棒束组件的流体压力。
进一步地，所述离心泵安装于所述储水排水系统出口与流量调节装置进口之间，离心泵具体参数为：功率0.75kW，工作电压220V，流量4m3/h，扬程11m，进口口径32mm，出口口径25mm，工作频率50Hz，转速2900r/min。
进一步地，所述流量调节装置包括流量计和调节阀门。
进一步地，所述储水排水系统由水箱和流体回路内的各个排水阀门组成，水箱用于储存实验中所需要使用的流体或其他液体。
本发明回路装置具体使用过程为：首先对装置通电，将漏电保护开关置于“合”的位置，在检查回路所有排水阀门均已关闭的情况下，按下进水开关。此时离心泵开始工作，将水箱中的流体泵入管道，开始流体回路强迫流动。通过调节流量阀门，可以控制流体的进口流量，压力表显示燃料棒束组件进口和出口的流体压力。在这个过程中，通过透明材料，可以看到流体的流动特性，根据对压力表示数的读取，可以获得流动阻力等流动参数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明装置基于快中子反应堆的六边形燃料棒束组件，设计制造了可视化观察棒束组件内部的流体流动的实验装置，在流体流动回路中采用强迫循环的方式，对于流动流体既可以选择单相的液体，也可以选择气液混合的流体，丰富了棒束组件的流动验证方式。
通过本发明装置，可以获得三角形通道内的流动数据，为快中子反应堆的设计、制造、验证、加工等环节提供实验基础，同时也可以为计算流体力学模拟提供校核依据。本装置采用的气液两相流动设计，还可为两相流动的理论模型提供验证渠道，丰富计算流体力学在核反应堆工程中的应用。
附图说明
图1为燃料组件轴向截面图；
图2为本发明回路装置的结构示意图；
图3本发明一种回路装置的实际组装图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明针对快中子反应堆中燃料组件的设计采用六角形的燃料组件盒排布，实验棒束组件设计成六角形，棒束为三角形排布，燃料棒直径6.55mm，相邻燃料棒心间距9.17mm，燃料棒轴向高度1.1m，六边形组件盒对边相距86mm，具体轴向截面尺寸参数如图1所示。
为了实现燃料棒束组件内的流动模拟，本发明提供了一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置，如图2，由棒束组件、电源系统、数显压力控制器、离心泵、流量计、调节阀门、储水排水系统等部分组成，图3为本发明一种回路装置具体应用的实际组装图。
本发明中棒束组件采用透明材质制成，方便对内部的流体流动状态进行观察。在组件底端设置流体进口，可通过阀门调节进入的流体为纯液体或气液混合流体，从而观察流体在组件内的流动变化和流型。在组件顶端，为流体的出口，流体通过管道连接汇入水箱。在组件的入口和出口处装有压力表，可读取组件的进口处压力和出口处压力，从而得出重力压降、摩擦压降、阻力系数等试验参数。
电源控制系统包含电源供电装置和漏电断路器，漏电断路器采用上德集团DZL18-32/1，具体参数为：短路保护配置RL6-25/20，漏电动作电流30mA，漏电不动作电流15mA，分断时间≤0.1s，额定电流32A，额定电压220V/50Hz。开关上带有“合”、“分”按钮，在需要给实验装置通电时，需合上点源，在实验结束时，需要分开开关。
数显压力控制器集压力测量、显示、控制于一体，它具有操作简单、抗震性好、控制精度高、使用寿命长等特点，因此将此设备作为该回路的压力显示装置，用于测量和显示燃料棒束组件的进口和出口压力。该实验回路采用MD-S800型号数显压力控制器两个，它的参数为：压力量程0-10MPa，过载压力150％，精度等级0.5％，供电220V AC，采样速率5次/秒，使用温度-20℃--80℃。分别布置于燃料棒束组件的进口管路和出口管路上，用于测量还未进入燃料棒束组件的流体压力和已经流出燃料棒束组件的流体压力。
离心泵为整个回路提供强迫流动的动力，使得流体能够从燃料棒束组件的底端流入，顶端流出。离心泵采用上海永帆机电设备有限公司FS32*25-11，具体参数为：功率0.75kW，工作电压220V，流量4m3/h，扬程11m，进口口径32mm，出口口径25mm，工作频率50Hz，转速2900r/min。离心泵安装于水箱出口与流量调节装置进口之间。
流量调节装置包括流量计和调节阀门，流量计可以测量并显示流体流量，调节阀门通过调节管道开闭程度，从而调节流体的流量，流量计的单位为m3/h。
储水排水系统由水箱和流体回路内的各个排水阀门组成，水箱用于储存实验中所需要使用的流体，可以根据不同的实验目的，在水箱中加入水或其他液体，用于观察不同流体在棒束组件内的流动。在实验结束后，开启各排水阀门，可将实验回路中的流体排出实验装置，从而避免实验装置的腐蚀和损坏。
具体使用过程为：首先，对装置通电，将漏电保护开关置于“合”的位置，在检查回路所有排水阀门均已关闭的情况下，按下进水开关。此时离心泵开始工作，将水箱中的流体泵入管道，开始流体回路强迫流动。通过调节流量阀门，可以控制流体的进口流量，压力表显示燃料棒束组件进口和出口的流体压力。在这个过程中，通过透明材料，可以看到流体的流动特性，根据对压力表示数的读取，可以获得流动阻力等流动参数。
本发明装置基于快中子反应堆的六边形燃料棒束组件，设计制造了可视化观察棒束组件内部的流体流动的实验装置，在流体流动回路中采用强迫循环的方式，对于流动流体既可以选择单相的液体，也可以选择气液混合的流体，丰富了棒束组件的流动验证方式。
通过本发明装置，可以获得三角形通道内的流动数据，为快中子反应堆的设计、制造、验证、加工等环节提供实验基础，同时也可以为计算流体力学模拟提供校核依据。本装置采用的气液两相流动设计，还可为两相流动的理论模型提供验证渠道，丰富计算流体力学在核反应堆工程中的应用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置，其特征在于，包括棒束组件、离心泵、储水排水系统和流量调节装置，所述棒束组件、离心泵、储水排水系统通过管路连接成循环回路，所述流量调节装置设置在所述循环回路中，所述棒束组件设有进口和出口，所述棒束组件的进口和出口处分别设有数显压力控制器，该回路装置连接电源控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置，其特征在于，所述的棒束组件设置成六角形，棒束为三角形排布。
3.根据权利要求2所述的一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置，其特征在于，所述的棒束组件中的燃料棒直径6.55mm，相邻燃料棒心间距9.17mm，燃料棒轴向高度1.1m，六边形组件盒对边相距86mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置，其特征在于，所述棒束组件采用透明材质制成。
5.根据权利要求1所述的一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置，其特征在于，所述棒束组件的底端设置流体进口，顶端设置流体出口，所述流量调节装置设置在所述流体进口的前端。
6.根据权利要求1所述的一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置，其特征在于，所述电源控制系统包含电源供电装置和漏电断路器。
7.根据权利要求1所述的一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置，其特征在于，所述数显压力控制器集压力测量、显示、控制于一体。
8.根据权利要求1所述的一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置，其特征在于，所述离心泵安装于所述储水排水系统出口与流量调节装置进口之间，离心泵具体参数为：功率0.75kW，工作电压220V，流量4m3/h，扬程11m，进口口径32mm，出口口径25mm，工作频率50Hz，转速2900r/min。
9.根据权利要求1所述的一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置，其特征在于，所述流量调节装置包括流量计和调节阀门。
10.根据权利要求1所述的一种用于测试快中子反应堆燃料组件水力学性能的回路装置，其特征在于，所述储水排水系统由水箱和流体回路内的各个排水阀门组成，水箱用于储存实验中所需要使用的流体或其他液体。
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