自然循环及强迫循环回路系统的堆芯电加热元件设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于压水堆堆忍模拟体的设计领域，尤其设及一种自然循环及强迫循环回 路系统的堆忍电加热元件设计方法。
【背景技术】
[0002] 非能动余热排除系统设计的安全可靠需要进项相应的实验研究，对于目前电站反 应堆，其几何尺度及流量规模均很大，且造价较高，不可能实现原型规模的实验研究，需要 进行模型简化。模型设计是否合理，决定了实验数据能否反映反应堆原型的相关特性。只 有当模型内流体流动正确模拟了原型时，实验数据才具有工程使用价值和意义。
[0003] 对堆忍进行设计的关键是需要一个较小几何尺度的模型上，实现对原型的水力学 模拟及核释热模拟，W达到研究原型水力学特性的目的。减小流动失真、解决直流电加热时 电流和电压的匹配、使装置更容易实现是堆忍电加热元件设计的技术难题。
[0004] 鉴于此，有必要提供一种用于自然循环和强迫循环回路系统的堆忍电加热元件的 设计方法。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例的目的在于通过采用相似理论，WAFA3G为原型，提供一种自然循 环及强迫循环回路系统的堆忍电加热元件的设计方法，目的是在一个较小几何尺度的模型 上，实现对原型的水力学模拟及核释热模拟，W达到研究原型水力学特性的目的。
[0006] 本发明是运样实现的，一种自然循环及强迫循环回路系统的堆忍电加热元件的设 计方法包括堆忍模拟体中的单根电加热元件设计、一盒燃料组件的模拟W及燃料组件模拟 体的结构及装配方法，所述自然循环及强迫循环回路系统的堆忍电加热元件的设计方法根 据自然循环及强迫循环实验回路的设计参数和功能需求，确定电加热元件的加热方式、单 根加热元件的设计参数及一盒燃料组件模拟体的结构及装配方法。
[0007] 进一步，WAFA3G为原型进行模拟，堆忍电加热元件所在的自然循环一回路相关 设计参数为：
[0008] 设计压力：17. 2MPa
[0009] 运行压力：15. 5MPa
[0010] 设计溫度：360°C
[0011] 最高运行溫度：320°C
[0012] 堆忍模拟体最大功率aoookw。
[0013] 进一步，电加热元件采用不诱钢管作为加热元件，电加热元件采用定位格架固定， 定位格架拟采用原型中的定位格架，电加热元件的上下端和铜板相连，铜板分别和电源的 正负极相连，电加热元件的加热方式采用直流电加热，电加热元件可重复利用。
[0014] 进一步，单根燃料棒的设计高度比选取1:4,AFA3G燃料棒长为4.Om，采用直流电 加热长1. Om的不诱钢管模拟燃料棒核释热，不诱钢管的规格为(p9.5x0.87mm，其外径与 FA3G燃料棒相同，用一根巧5的铜棒连接不诱钢管的一端与电源正极，用另一根(p5的铜棒 连接不诱钢管的另一端与电源负极，连接方式均采用银铅焊接。
[0015] 进一步，一盒燃料组件模拟体的结构及装配方式采用将一盒组件分为四个区，并 串联运四个区，具体的做法为：第一区的上端和电源正极相联，第一区下端和第二区的下端 相联，第二区上端和第=区的上端相联，第=区下端和第四区的下端相联，第四区的上端和 电源负极相联，区与区之间用陶瓷棒隔离，且流道几何尺寸与AFA3G燃料组件相同。
[0016] 本发明提高了超设计基准事故设置的措施的可靠性和核电厂安全系统的多样化， 具有很高的工程价值。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明实施例提供的单根电加热元件设计图；
[0018] 图2是本发明实施例提供的电加热元件设计总图；
[0019] 图3是本发明实施例提供的电加热元件设计总图俯视图；
[0020] 图4是本发明实施例提供的图3的A-A视图；
[0021] 图5是本发明实施例提供的图2的B-B视图。 阳0巧图中：1_螺栓；2-螺母；3-垫圈；4-上铜巧h5_铜块；6-陶瓷棒；7-不诱钢管； 8-下铜棒；9-下铜排；10-连接铜板；11陶瓷块；12-陶瓷块；13-螺母；14-垫圈；15-螺钉； 16-上铜棒。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合实施例，对本本发 明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并不用 于限定本发明。
[0024] 针对原型（ACPR1000)中有157盒燃料组件，本堆忍拟模拟一盒燃料组件主要模拟 核释热的及阻力特性。具体的模拟实施过程如下：
[00巧]1.核释热形式模拟 阳0%] 电加热元件采用不诱钢管作为加热元件。电加热元件的加热方式采用直流电加 热，各实验室者具有大型直流电源，它提供可精细调节的大电流的能力，无需要重新配置 相关电源，并且电加热元件可重复利用，当加热元件数量很多时，该种加热方式优点更为凸 思〇
[0027] 2.单根燃料棒的设计
[0028] 如图1所示，根据堆忍的模拟，单根燃料棒的设计高度比选取1:4。AFA3G燃料棒 长约为4.Om，本设计采用直流电加热长1.Om的不诱钢管来模拟燃料棒核释热。不诱钢管 的规格为tp9.5x〇.87m併，其外径与FA3G燃料棒相同，运样就可W通过控制直流电加热量 来实现核燃料棒表面热负荷的模拟。用一根的铜棒16连接不诱钢管7的一端与电源正 极，用另一根的下铜棒8连接不诱钢管7的另一端与电源负极，其连接方式均采用银铅焊 接。
[0029] 核燃料元件模拟体的电阻按W下方法计算：
[0030]反应堆堆忍进出口溫度分别为tin= 280°C和tout= 320°C，取流体平均溫度则
[0031] tf,av= (twt+tJ/2= (280+320)/2 = 300r(1)
[0032] 不诱钢管的截面积为
[0033]
[0034] 若壁面平均溫度W高于流体平均溫度50°C计算，加热管壁面溫度按照300+50 = 350°C考虑，在该溫度下，其电阻率为：
[0035] P=0. 775+0. 00055?tw,av= 0. 775+0. 00055X350=0. 9675Q?mm2/m (3)
[0036] 每一根加热管的电阻：
[0037] R=PL/S"= 0. 9675X1. 0/23. 58=0. 041Q(4)
[0038] 3. -盒燃料组件
[0039] 原型