蒸汽发生器传热管破裂事故注射过程实验装置及实验方法

1.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注射过程实验装置及实验方法。


背景技术：

2.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，爆炸产生的蒸汽形成压力波向外扩散，可能会引发其他传热管的连锁破裂，引发严重事故。
3.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，需要深入研究铅水两相或铅水汽三相系统中各相间相互作用，而由于铅铋合金的不透明性和高熔点，很难实现可视化实验。


技术实现要素：

4.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注射过程实验装置及实验方法，用于该过程中过冷水注入高温铅铋合金中的注射过程的可视化研究，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。
5.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.蒸汽发生器传热管破裂事故注射过程实验装置，包括过冷水入口1、入口管道2、爆破喷放阀4、可视化视窗5、反应容器6和反应容器出口7；所述入口管道2贯穿反应容器6底面，下端连接过冷水入口1，上端连接爆破喷放阀4，所述入口管道2与反应容器6底面为一体加工而成；所述过冷水入口1与外界高压过冷水源连接；所述可视化视窗5包括两块玻璃，分别布置于反应容器6两侧，与反应容器之间通过密封法兰3压紧密封，两块玻璃外同一高度分别布置有高速摄像仪503和红外测温仪504，分别用于实验过程中气液两相流动特性观测和温度场测量；或可视化视窗5包括一块玻璃，布置于反应容器6一侧，采用在反应容器背板上布置热电偶的方式进行温度场测量；所述反应容器6外部除可视化视窗外的区域均布置有电伴热，作为铅铋合金熔化的热源。
7.所述反应容器6为防腐蚀奥氏体不锈钢制成，形状为切片型，便于观察铅水两相流动特性。
8.所述可视化视窗5包括一块圆形特种玻璃501和一块圆形锗玻璃502，特种玻璃501外同一高度布置有高速摄像仪503，用于实验过程中气液两相流动特性观测，锗玻璃502外部同一高度处布置有红外测温仪504，用于实验过程中温度场测量。
9.所述特种玻璃501的材质为耐热承压材料(如高硼硅玻璃等)。
10.所述爆破喷放阀4本体为黄铜制作，阀体402与入口管道2之间通过螺纹401连接，阀体顶部面上采用高精度车床划有深度不同的划痕403，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。
11.蒸汽发生器传热管破裂事故注射过程实验方法，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，使冷水充满入口管道2，与爆破喷放阀4接触，然后逐渐加压至实验设计压力，冲破爆破喷放阀4，开始实验；通过高速摄像仪测量实验段中蒸汽
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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；实验结束后，通过反应容器出口7排出实验装置中蒸汽，将反应容器6中剩余铅铋合金冷却待下次使用。
12.本发明可用于铅铋反应堆蒸汽发生器传热管破裂事故中高压过冷水注入高温铅铋合金过程的实验研究，获得事故中关键两相参数和模型，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
13.图1为本发明整体结构主视图。
14.图2为本发明整体结构侧视图。
15.图3为爆破喷放阀4的结构示意图。
16.图4为本发明扩展实施实例。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
18.实施实例1：
19.如图1和图2所示，蒸汽发生器传热管破裂事故注射过程实验装置，包括过冷水入口1、入口管道2、爆破喷放阀4、可视化视窗5、反应容器6和反应容器出口7；所述入口管道2贯穿反应容器6底面，下端连接过冷水入口1，上端连接爆破喷放阀4，所述入口管道2与反应容器6底面为一体加工而成；所述过冷水入口1与外界高压过冷水源连接；所述可视化视窗5包括两块玻璃，分别布置于反应容器6两侧，与反应容器之间通过密封法兰3压紧密封，两块玻璃外同一高度分别布置有高速摄像仪503和红外测温仪504，分别用于实验过程中气液两相流动特性观测和温度场测量；所述反应容器6外部除可视化视窗外的区域均布置有电伴热，作为铅铋合金熔化的热源。
20.本实例中，反应容器6为防腐蚀奥氏体不锈钢制成，形状为切片型，便于观察铅水两相流动特性。
21.所述可视化视窗5包括一块圆形特种玻璃501(高硼硅玻璃)和一块圆形锗玻璃502，特种玻璃501外同一高度布置有高速摄像仪503，用于实验过程中气液两相流动特性观测，锗玻璃502外部同一高度处布置有红外测温仪504，用于实验过程中温度场测量。
22.本实例中，反应容器6为316l不锈钢制成，尺寸为400mm*500mm*10mm，可视化视窗直径为300mm，安装于距离反应容器6底面200mm高度处。本实例中采用的特种玻璃可以承受3mpa压力和300℃温度。
23.如图3所示，所述爆破喷放阀4本体为黄铜制作，阀体402与入口管道2之间通过螺纹401连接，阀体顶部面上采用高精度车床划有深度不同的划痕403，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。
24.蒸汽发生器传热管破裂事故注射过程实验方法，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，使冷水充满入口管道2，与爆破喷放阀4接触，然后逐渐加压至实验设计压力，冲破爆破喷放阀4，开始实验；通过高速摄像仪测量实验段中蒸汽
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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；实验结束后，通过反应容器出口7排出实验装置中蒸汽，将反应容器6中剩余铅铋合金冷却待下次使用。
25.本实例中，爆破喷放阀4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。
26.实施实例2：
27.如图4所示，由于锗玻璃价格昂贵，且承压较低，因此在实验中易损坏，为实验经济性考虑，本发明提供一种扩展实施方案，即取消锗玻璃和红外温度场测量，采用在反应容器背板上布置热电偶的方式进行温度场测量。由于本发明反应容器采用切片式设计，反应容器6前后距离非常小，因此横向上温度变化较小，反应容器背板上布置热电偶温度可视为流体温度，同时，热电偶布置于反应容器背板上可减小对流动的扰动。其余布置与实施实例1相同。
28.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。


技术特征：
1.蒸汽发生器传热管破裂事故注射过程实验装置，其特征在于：包括过冷水入口(1)、入口管道(2)、爆破喷放阀(4)、可视化视窗(5)、反应容器(6)和反应容器出口(7)；所述入口管道(2)贯穿反应容器(6)底面，下端连接过冷水入口(1)，上端连接爆破喷放阀(4)，所述入口管道(2)与反应容器(6)底面为一体加工而成；所述过冷水入口(1)与外界高压过冷水源连接；所述可视化视窗(5)包括两块玻璃，分别布置于反应容器(6)两侧，与反应容器之间通过密封法兰(3)压紧密封，两块玻璃外同一高度分别布置有高速摄像仪(503)和红外测温仪(504)，分别用于实验过程中气液两相流动特性观测和温度场测量；或可视化视窗(5)包括一块玻璃，布置于反应容器(6)一侧，采用在反应容器背板上布置热电偶的方式进行温度场测量；所述反应容器(6)外部除可视化视窗外的区域均布置有电伴热，作为铅铋合金熔化的热源。2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器传热管破裂事故注射过程实验装置，其特征在于：所述反应容器(6)为防腐蚀奥氏体不锈钢制成，形状为切片型，便于观察铅水两相流动特性。3.根据权利要求1所述的蒸汽发生器传热管破裂事故注射过程实验装置，其特征在于：所述可视化视窗(5)包括一块圆形特种玻璃(501)和一块圆形锗玻璃(502)，，特种玻璃(501)外同一高度布置有高速摄像仪(503)，锗玻璃(502)外部同一高度处布置有红外测温仪(504)。4.根据权利要求3所述的蒸汽发生器传热管破裂事故注射过程实验装置，其特征在于：所述特种玻璃(501)的材质为耐热承压玻璃材料。5.根据权利要求1所述的蒸汽发生器传热管破裂事故注射过程实验装置，其特征在于：所述爆破喷放阀(4)本体为黄铜制作，阀体(402)与入口管道(2)之间通过螺纹(401)连接，阀体顶部面上采用高精度车床划有深度不同的划痕(403)，通过控制划痕深度实现不同上游压力下阀门的爆破开启。6.权利要求1至5任一项所述的蒸汽发生器传热管破裂事故注射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，使冷水充满入口管道(2)，与爆破喷放阀(4)接触，然后逐渐加压至实验设计压力，冲破爆破喷放阀(4)，开始实验；通过高速摄像仪(503)测量实验段中蒸汽
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水两相流动特性，通过红外测温仪(504)测量实验段中温度场分布；实验结束后，通过反应容器出口(7)排出实验装置中蒸汽，将反应容器(6)中剩余铅铋合金冷却待下次使用。

技术总结
本发明公开了蒸汽发生器传热管破裂事故注射过程实验装置及实验方法，该装置包括高压过冷水入口、铅水反应容器、可视化视窗和爆破喷放阀；可视化视窗布置于反应容器两侧，一侧用于观察汽液流动特性，一侧用于红外温度场测量；爆破喷放阀可实现给定压力下阀门的爆破开启；本发明可用于铅铋反应堆蒸汽发生器传热管破裂事故中高压过冷水注入高温铅铋合金过程的实验研究，获得事故中关键两相参数和模型，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。泛应用前景。泛应用前景。


技术研发人员：张大林 张衍 王成龙 田文喜 苏光辉 秋穗正
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.08.27
技术公布日：2021/11/16