安全壳蒸汽凝结传热系数测定实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种安全壳蒸汽凝结传热系数测定实验装置及方法，装置包括：蒸汽产生装置，具有水入口和蒸汽出口；氦气供给装置，具有氦气出口；安全壳模拟体，具有蒸汽入口、氦气入口、冷凝液出口，其蒸汽入口与蒸汽产生装置的蒸汽出口通过蒸汽管路连接，汽管路上设置有蒸汽流量调节阀，其氦气入口与氦气供给装置的氦气出口之间通过氦气管路连接，氦气管路上设置有氦气流量调节阀；冷凝液收集装置，与安全壳模拟体的冷凝液出口相连；安全壳模拟体顶部还设置有冷却水池，冷却水池中的冷却水能够对安全壳模拟体的顶部进行冷却。本发明专利技术能够支持安全壳内蒸汽凝结传热现象的研究；实验装置结构简单、综合性强、测量精确。

【技术实现步骤摘要】
安全壳蒸汽凝结传热系数测定实验装置及方法
本专利技术涉及一种核试验
，具体涉及安全壳蒸汽凝结传热系数测定实验装置及方法。
技术介绍
安全壳是核反应堆安全的最后一道屏障，事故条件下可以阻止裂变产物往环境释放。因此事故工况下维持安全壳的完整性是非常重要的。能够对安全壳的完整性构成较大威胁的设计基准事故包括丧失冷却剂事故(LOCA)和蒸汽发生器二次侧主蒸汽管道断裂事故(MSLB)。这两类事故所造成的质能释放能够在较短的时间内导致安全壳承受较大的内压，从而对安全壳的结构完整性构成威胁。第三代反应堆设计了非能动安全壳冷却系统，主要由钢质安全壳和安装在安全壳顶部的安全壳冷却水池构成。反应堆发生失水事故或者蒸汽管道破裂事故，在浮力的作用下，蒸汽更趋向于在安全壳顶部囤积，并在安全壳顶部下表面冷凝，产生的冷凝液滴在重力的作用下脱离安全壳冷凝壁面，蒸汽在液滴脱离处重新接触安全壳冷壁面，持续冷凝。整个事故过程中仅依靠物理规律(蒸汽上浮、液滴下落)实现其对蒸汽的冷凝和安全壳的超压保护。安全壳内壁面蒸汽冷凝传热能力是影响非能动安全壳冷却系统性能的关键影响。而表征安全壳内壁面蒸汽冷凝传热能力的关键参数为安全壳内壁面蒸汽冷凝传热系数。蒸汽冷凝传热过程在核能、动力、化工、航空航天等工业领域广泛存在，因此二十世纪初期很多研究人员就开展了蒸汽冷凝传热的研究，并获得了大量的研究成果。但是针对水平板下表面的蒸汽冷凝，尤其是不凝结气体存在情况下(反应堆发生事故时，主回路冷却剂产生的氢气进入安全壳)的蒸汽冷凝研究成果几乎没有。因此开展安全壳内蒸汽冷凝传热系数的测量对反应堆事故条件下的安全分析和非能动安全壳冷却系统的发展和应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是根据第三代新型核反应堆非能动安全壳冷却系统的特点，建造了安全壳内蒸汽凝结传热现象实验研究装置，并实现了安全壳蒸汽凝结传热系数的测定。本专利技术通过下述技术方案实现：安全壳蒸汽凝结传热系数测定实验装置，包括：蒸汽产生装置，用于产生蒸汽，具有水入口和蒸汽出口；氦气供给装置，用于向安全壳模拟体提供氦气，具有氦气出口；安全壳模拟体，用于模拟安全壳，具有蒸汽入口和氦气入口，底部设置有冷凝液出口；所述蒸汽产生装置的蒸汽出口与安全壳模拟体的蒸汽入口之间通过蒸汽管路连接，所述蒸汽管路上设置有蒸汽流量调节阀；所述安全壳模拟体的氦气入口与氦气供给装置的氦气出口之间通过氦气管路连接，所述氦气管路上设置有氦气流量调节阀；冷凝液收集装置，与安全壳模拟体的冷凝液出口相连，用于收集安全壳模拟体内部壁面产生的冷凝液；所述安全壳模拟体顶部还设置有冷却水池，冷却水池中的冷却水能够对安全壳模拟体的顶部进行冷却。本技术方案提供了一种安全壳内蒸汽凝结传热现象实验研究装置，能够模拟不凝结气体存在情况下的安全壳蒸汽凝结传热过程，便于不凝结气体存在情况下的安全壳蒸汽凝结现象研究。作为本专利技术的进一步改进，所述蒸汽管路上设置有蒸汽流量测量装置、蒸汽压力测量装置和蒸汽温度测量装置；所述氦气管路上设置有氦气流量测量装置、氦气压力测量装置和氦气温度测量装置；所述冷凝液收集装置内部设置有冷凝液压力测量装置、冷凝液温度测量装置和液位测量装置；所述安全壳模拟体内还设置有混合气体压力测量装置和混合气体温度测量装置；安全壳模拟体的内部侧壁上还设置有壁温测量装置。优选的，所述蒸汽产生装置为电热蒸汽发生器。进一步，所述蒸汽产生装置包括加热水箱和注水管，所述水入口设置在加热水箱上，注水管连接在水入口上，且所述加热水箱内设置有电加热元件。进一步，所述加热水箱上开设有供电加热元件穿过的通孔，且加热水箱外壁设置有固定电加热元件的电加热元件管座；所述电加热元件管座一端密封连接在加热水箱的通孔四周，另一端悬空作为自由端，电加热元件管座上也开设有供电加热元件穿过的中心通孔；所述电加热元件穿设在电加热元件管座的中心通孔内，且电加热元件的一端通过加热水箱的通孔伸入加热水箱内，另一端通过密封装置固定在电加热元件管座的另一端上；所述密封装置包括压紧螺母、位于压紧螺母的挡环与电加热元件管座的自由端之间的紫铜垫。本技术方案中，电加热元件被稳定地固定和密封在加热水箱中，安全性好。进一步，所述氦气供给装置采用氦气瓶或氦气罐。安全壳蒸汽凝结传热系数测定方法，采用上述技术方案中任一种安全壳蒸汽凝结传热系数测定实验装置进行测定，具体包括参数测量步骤，所述参数测量步骤包括以下步骤：S11、打开蒸汽管路和氦气管路，向安全壳模拟体通入蒸汽和氦气；监测进入安全壳模拟体的蒸汽的参数、进入安全壳模拟体的氦气的参数、安全壳模拟体内混合气体的参数，所述蒸汽的参数包括蒸汽流量G1、蒸汽温度T1和蒸汽压力P1；所述氦气的参数包括氦气流量G2、氦气温度T2和氦气压力P2；所述混合气体的参数包括混合气体压力P3和混合气体温度T3；S12、蒸汽的参数、氦气的参数和混合气体的参数稳定后进行正式测量，所述正式测量包括步骤S121-123：S121、记录蒸汽的参数、氦气的参数和混合气体的参数；S122、测量安全壳模拟体的内壁的壁面温度Tw1；S123、测量冷凝液的温度T4、冷凝液的压力P4和冷凝液的液位L1；其中，步骤S121-S123不分先后顺序。进一步，上述安全壳蒸汽凝结传热系数测定方法还包括蒸汽凝结传热系数计算步骤，蒸汽凝结传热系数计算步骤具体包括以下步骤：S21、根据步骤S121中记录的蒸汽流量G1、蒸汽温度T1、蒸汽压力P1、氦气流量G2、氦气温度T2和氦气压力P2计算混合气体中氦气的含量X1；S22、根据步骤S121中记录的蒸汽温度T1和蒸汽压力P1计算蒸汽的焓H1；S23、根据冷凝液的温度T4和冷凝液的压力P4计算冷凝液的焓H4；S24、根据冷凝液的液位L1计算冷凝液的流量G4；S25、根据蒸汽的焓H1和冷凝液的焓H4以及冷凝液的流量G4计算蒸汽冷凝传热功率W1；S26、计算壁面温度Tw1与步骤S121中记录的混合气体温度T3的温度差△T，根据蒸汽冷凝传热功率W1、传热面积A和温度差△T计算安全壳蒸汽冷凝传热系数H；上述步骤S21-步骤S24不分先后顺序。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术提供了一种安全壳蒸汽凝结传热系数测定实验装置及方法，能够支持安全壳内蒸汽凝结传热现象的研究；2、本专利技术安全壳蒸汽凝结传热系数测定实验装置结构简单、综合性强、测量精确，能够测量安全壳模拟体内蒸汽冷凝传热特性。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术结构示意图图2是实施例2中的蒸汽产生装置的结构示意图。附图标记及对应的零部件名称：1.注水管；2.加热水箱；3.蒸汽流量调节阀；4.蒸汽流量测量装置；5.氦气供给装置；6.氦气流量调节阀；7.氦气流量测量装置；8.安全壳模拟体；9.冷凝液收集装置；10.冷却水池；11.壁温测量装置；12.混合气体压力测量装置；13.混合气体温度测量装置；14.蒸汽压力测量装置；15.蒸汽温度测量装置；16.氦气压力测量装置；17.氦气温度测量装置；18.冷凝液压力测量装置；19.冷凝液温度测量装置；20-液位测量装置；21-电加热元件；22-电加热元件管座；23本文档来自技高网...

【技术保护点】
安全壳蒸汽凝结传热系数测定实验装置，其特征在于，包括：蒸汽产生装置，用于产生蒸汽，具有水入口和蒸汽出口；氦气供给装置(5)，用于向安全壳模拟体(8)提供氦气，具有氦气出口；安全壳模拟体(8)，用于模拟安全壳，具有蒸汽入口和氦气入口，底部设置有冷凝液出口；所述蒸汽产生装置的蒸汽出口与安全壳模拟体(8)的蒸汽入口之间通过蒸汽管路连接，所述蒸汽管路上设置有蒸汽流量调节阀(3)；所述安全壳模拟体(8)的氦气入口与氦气供给装置(5)的氦气出口之间通过氦气管路连接，所述氦气管路上设置有氦气流量调节阀(6)；冷凝液收集装置(9)，与安全壳模拟体(8)的冷凝液出口相连，用于收集安全壳模拟体(8)内部壁面产生的冷凝液；所述安全壳模拟体(8)顶部还设置有冷却水池(10)，冷却水池(10)中的冷却水能够对安全壳模拟体(8)的顶部进行冷却。

【技术特征摘要】
1.安全壳蒸汽凝结传热系数测定实验装置，其特征在于，包括：蒸汽产生装置，用于产生蒸汽，具有水入口和蒸汽出口；氦气供给装置(5)，用于向安全壳模拟体(8)提供氦气，具有氦气出口；安全壳模拟体(8)，用于模拟安全壳，具有蒸汽入口和氦气入口，底部设置有冷凝液出口；所述蒸汽产生装置的蒸汽出口与安全壳模拟体(8)的蒸汽入口之间通过蒸汽管路连接，所述蒸汽管路上设置有蒸汽流量调节阀(3)；所述安全壳模拟体(8)的氦气入口与氦气供给装置(5)的氦气出口之间通过氦气管路连接，所述氦气管路上设置有氦气流量调节阀(6)；冷凝液收集装置(9)，与安全壳模拟体(8)的冷凝液出口相连，用于收集安全壳模拟体(8)内部壁面产生的冷凝液；所述安全壳模拟体(8)顶部还设置有冷却水池(10)，冷却水池(10)中的冷却水能够对安全壳模拟体(8)的顶部进行冷却。2.根据权利要求1所述的安全壳蒸汽凝结传热系数测定实验装置，其特征在于，所述蒸汽管路上设置有蒸汽流量测量装置(4)、蒸汽压力测量装置(14)和蒸汽温度测量装置(15)；所述氦气管路上设置有氦气流量测量装置(7)、氦气压力测量装置(16)和氦气温度测量装置(17)；所述冷凝液收集装置(9)内部设置有冷凝液压力测量装置(18)、冷凝液温度测量装置(19)和液位测量装置(20)；所述安全壳模拟体(8)内还设置有混合气体压力测量装置(12)和混合气体温度测量装置(13)；安全壳模拟体(8)的内部侧壁上还设置有壁温测量装置(11)。3.根据权利要求1或2所述的安全壳蒸汽凝结传热系数测定实验装置，其特征在于，所述蒸汽产生装置为电热蒸汽发生器。4.根据权利要求3所述的安全壳蒸汽凝结传热系数测定实验装置，其特征在于，所述蒸汽产生装置包括加热水箱(2)和注水管(1)，所述水入口设置在加热水箱(2)上，注水管(1)连接在水入口上，且所述加热水箱(2)内设置有电加热元件(21)。5.根据权利要求4所述的安全壳蒸汽凝结传热系数测定实验装置，其特征在于，所述加热水箱(2)上开设有供电加热元件(21)穿过的通孔，且加热水箱(2)外壁设置有固定电加热元件(21)的电加热元件管座(22)；所述电加热元件管座(22)一端密封连接在加热水箱(2)的通孔四周，另一端悬空作为自由端，电加热元件管座(22)上也开设有供电加热元件(21)穿过的中心通孔；所述电加热元件(21)穿设在电加热元件管...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭传新，昝元锋，周慧辉，黄志刚，闫晓，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川,51