CN113782235B - 蒸汽发生器传热管破裂事故喷放过程实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸汽发生器传热管破裂事故喷放过程实验装置及实验方法，该装置包括高压过冷水入口、可视化实验段、爆破喷放阀和气体膨胀箱；可视化实验段采用特种玻璃制作，上下法兰压紧密封；爆破喷放阀可实现给定不同上游压力下的爆破开启；整体实验装置可实现高温高压下蒸汽发生器传热管破裂事故中管内高压侧流体临界喷放过程的实验研究，获得喷放过程中气泡形态分布和温度场分布；本发明结构简单，经济性好，解决了铅铋反应堆蒸汽发生器安全设计中的关键技术难题，有助于推动铅铋反应堆加速实现工业化，具有广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及铅铋反应堆领域，具体涉及一种蒸汽发生器传热管破裂事故喷放过程实验装置及实验方法。
背景技术
铅铋反应堆多采用螺旋管型蒸汽发生器，由于铅铋合金的腐蚀特性，蒸汽发生器传热管更易出现破裂事故。发生蒸汽发生器传热管破裂事故时，高压过冷的二次侧水会向一次侧高温低压铅铋冷却剂注射，在铅铋中发生闪蒸和蒸汽爆炸，同时由于二次侧压力骤降，二次侧内部也会出现临界喷放现象。
蒸汽发生器传热管破裂事故现象复杂，目前研究主要集中于实验方法，而较少关注程序模拟。为实现对该过程的精细建模，需要深入研究喷放过程中气液两相作用机理，但是由于铅铋合金的不透明性和高熔点，常规的可视化实验难以实现。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种蒸汽发生器传热管破裂事故喷放过程实验装置及实验方法，用于该过程中二次侧临界喷放现象的可视化研究，获取事故过程中关键参数，建立相关气液两相作用机理模型。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
蒸汽发生器传热管破裂事故喷放过程实验装置，包括过冷水入口1、可视化实验段3、爆破喷放阀6、气体膨胀箱7、膨胀箱密封法兰8和膨胀箱出口9；所述过冷水入口1与外部高压过冷水源连接；所述可视化实验段3通过螺栓4连接下部密封法兰2和上部密封法兰5拉紧进行密封；所述上部密封法兰5是气体膨胀箱7的底部面，与气体膨胀箱7之间通过焊接连接，下部密封法兰2、上部密封法兰5和可视化实验段3中心开有与过冷水入口1同心同直径的流道，流道出口与喷放爆破阀6连接；所述膨胀箱密封法兰8设置在气体膨胀箱7顶部密封气体膨胀箱7，所述膨胀箱出口9与外部排放和冷却回路相连，实现实验后的废气排放处理。
所述可视化实验段3为特种玻璃制造，管内是和过冷水入口1同内径同心的圆形流道，管外相同高度处布置有高速摄像仪和红外测温仪，测量临界喷放过程中气泡分布和温度场分布。
所述特种玻璃的材质为耐热承压材料(如高硼硅玻璃等)。
所述爆破喷放阀6本体为黄铜制作，阀体601与上部密封法兰5之间通过螺纹602连接，阀体顶部面上采用高精度车床划有深度不同的划痕603，通过控制划痕深度即可实现不同上游压力下阀门的爆破开启。
一种蒸汽发生器传热管破裂事故喷放过程实验方法，过冷水入口1连接高压过冷水源后，首先开启水源将过冷水注入流道，使冷水充满可视化实验段3，与爆破喷放阀6接触，然后逐渐加压至实验设计压力，冲破爆破喷放阀6，开始实验；通过高速摄像仪测量实验段中蒸汽-水两相流动特性，通过红外测温仪测量实验段中温度场分布。
本发明实验装置可实现高温高压下蒸汽发生器传热管破裂事故中管内高压侧流体临界喷放过程的实验研究，获得喷放过程中气泡形态分布和温度场分布；本发明解决了铅铋堆蒸汽发生器传热管破裂事故可视化机理实验的工业难题，填补了国际空白，结构简单，经济性好，有助于加快铅铋反应堆的工业应用，具有广阔应用前景。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为爆破喷放阀6的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，蒸汽发生器传热管破裂事故喷放过程实验装置，包括过冷水入口1、可视化实验段3、爆破喷放阀6、气体膨胀箱7、膨胀箱密封法兰8和膨胀箱出口9；所述可视化实验段3通过螺栓4连接下部密封法兰2和上部密封法兰5拉紧进行密封；所述上部密封法兰5是气体膨胀箱7的底部面，与气体膨胀箱7之间通过焊接连接，下部密封法兰2、上部密封法兰5和可视化实验段3中心开有与过冷水入口1同心同直径的流道，流道出口与喷放爆破阀6连接；所述膨胀箱密封法兰8设置在气体膨胀箱7顶部密封气体膨胀箱7，所述膨胀箱出口9与外部排放和冷却回路相连，实现实验后的废气排放处理。
本实例中，可视化实验段3为特种玻璃(高硼硅玻璃)制造，管内径6mm，外径12mm，壁厚3mm，最高可承受5MPa压力和300℃高温，管外相同高度处布置有高速摄像仪和红外测温仪，测量临界喷放过程中气泡分布和温度场分布。
如图2所示，爆破喷放阀6本体为黄铜制作，阀体601与上部密封法兰5之间通过螺纹602连接，阀体顶部面上采用高精度车床划有深度不同的划痕603，通过控制划痕深度即可实现不同上游压力下阀门的爆破开启。
蒸汽发生器传热管破裂事故喷放过程实验方法，过冷水入口1连接高压过冷水源后，首先开启水源将过冷水注入流道，使冷水充满可视化实验段3，与爆破喷放阀6接触，然后逐渐加压至实验设计压力，冲破爆破喷放阀6，开始实验；通过高速摄像仪测量实验段中蒸汽-水两相流动特性，通过红外测温仪测量实验段中温度场分布。
本实例中，爆破喷放阀6顶部厚度为3mm，通过多次实验测试，划痕深度2.4mm、1.7mm和1.2mm分别可在上游压力1MPa、2MPa和3MPa下实现爆破开启。
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.蒸汽发生器传热管破裂事故喷放过程实验装置，其特征在于：包括过冷水入口(1)、可视化实验段(3)、爆破喷放阀(6)、气体膨胀箱(7)、膨胀箱密封法兰(8)和膨胀箱出口(9)；所述过冷水入口(1)与外部高压过冷水源连接；所述可视化实验段(3)通过螺栓(4)连接下部密封法兰(2)和上部密封法兰(5)拉紧进行密封；所述上部密封法兰(5)是气体膨胀箱(7)的底部面，与气体膨胀箱(7)之间通过焊接连接，下部密封法兰(2)、上部密封法兰(5)和可视化实验段(3)中心开有与过冷水入口(1)同心同直径的流道，流道出口与爆破喷放 阀(6)连接；所述膨胀箱密封法兰(8)设置在气体膨胀箱(7)顶部密封气体膨胀箱(7)，所述膨胀箱出口(9)与外部排放和冷却回路相连，实现实验后的废气排放处理；
所述可视化实验段(3)为特种玻璃制造，管内是和过冷水入口(1)同内径同心的圆形流道，管外相同高度处布置有高速摄像仪和红外测温仪，测量临界喷放过程中气泡分布和温度场分布。
2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器传热管破裂事故喷放过程实验装置，其特征在于：所述特种玻璃的材质为耐热承压玻璃材料。
3.根据权利要求1所述的蒸汽发生器传热管破裂事故喷放过程实验装置，其特征在于：所述爆破喷放阀(6)本体为黄铜制作，阀体(601)与上部密封法兰(5)之间通过螺纹(602)连接，阀体顶部面上采用高精度车床划有深度不同的划痕(603)，通过控制划痕深度实现不同上游压力下阀门的爆破开启。
4.权利要求1至3任一项所述的蒸汽发生器传热管破裂事故喷放过程实验装置的实验方法，其特征在于：过冷水入口(1)连接高压过冷水源后，首先开启水源将过冷水注入流道，使冷水充满可视化实验段(3)，与爆破喷放阀(6)接触，然后逐渐加压至实验设计压力，冲破爆破喷放阀(6)，开始实验；通过高速摄像仪测量实验段中蒸汽-水两相流动特性，通过红外测温仪测量实验段中温度场分布。
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