本装置为自然循环双通道可视化实验分析系统,包含循环泵、预热器、并联通道实验段、冷凝器和背压阀等组件。通过循环回路和分析系统实现实验数据的可视化分析,提高实验效率和准确性。
背景技术
自然循环是一种仅依靠冷、热流体间密度差产生的驱动力就可以驱使流体循环流动的能量传输方式。无需外加的动力源,可以减少系统对外界电源的依赖性,有效提高运行系统的安全性,是先进核反应堆运行时主要循环冷却方式,也是发生停堆事故后紧急冷却的重要手段。但两相流动很容易因为小的扰动而引起流量、压降、截面含汽率的大幅度振荡,类似于机械系统中的振动现象,持续的流动振荡会导致设备产生受迫机械振动,引起共振现象,流动振荡还会极大影响局部传热性能,大幅度降低临界热流密度,严重时危及系统运行的安全性。
小型化和一体化是两相系统发展的重要方向,在自然循环系统中的窄矩形通道具有结构紧凑、强化传热、设计应用灵活等热工水力特性,多种布置方式的并联窄矩形通道可更好的对反应堆进行保护。但是,窄矩形通道的水力学直径小、允许热流密度大,加上窄空间效应的影响,气泡更易受到挤压变形。因此,通道中更容易发生流动不稳定性现象,并且各类流动不稳定性的产生机理和脉动变化规律与常规通道存在差异。同时,在小型一体化核反应堆中,由于空间狭小,采用的非能动安全措施中存在大量并联的窄矩形通道。这些通道在发生不稳定性流动时会互相影响,出现更加强烈的不稳定性流动,严重影响设备正常工作。
目前,国内外自然循环实验主要是针对在常压范围内的单通道,杨瑞昌、Salah等人分别通过实验研究了自然循环不稳定性流动,得出的准则关系式在较低压力范围内符合良好。但在以上实验中通道类型大多是圆管,实验涉及的压力范围极其有限,而随着设备对工作环境压力、温度等要求的逐步提高,需要对更高压力范围内的自然循环特性的探究。现有的并联通道主要用于结构紧凑的核潜艇中,所以实验主要以海洋中摇摆条件为主。闫超星、Otsuji等人分别通过实验探究了通道在外部摇摆情况下幅值、周期等对两相流动压降和CHF点发生位置的影响。以上实验大多是来自外界影响,对通道内部自身不稳定性流动的影响研究较少。周涛、方晓璐、盛程等人已进行常压窄矩形单通道自然循环实验,但其主要关注气泡产生的过程以及换热特性的变化,缺乏对中高压不稳定性流动的划分及研究。同时,申请人团队的周涛等已申请单通道超临界/亚临界水自然循环实验台架专利,并搭建实验台架开展了一些研究,但超临界态流体物性与常规流体差异较大,且实验台架也仅针对单个竖直通道,适用性较差。随着小型一体化核反应堆的发展,窄矩形并联通道的重要性开始凸显,并且通道装配的角度随着设备需求也变得多种多样,但目前缺乏中高压相关不稳定性实验。因此,申请人认为,对窄矩形并联通道自然循环流动不稳定性进行详细的研究,找到安全运行的稳定边界十分有必要。
实现思路