用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管制造技术

本发明专利技术公开了一种用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管，涉及核反应堆技术领域，包括管体、多个预留部和多个盾鳞阵列结构，预留部和盾鳞阵列结构沿管体的轴向交替设置，且预留部和盾鳞阵列结构均包覆于管体的外周，盾鳞阵列结构包括多个朝向一致的盾鳞结构，且各盾鳞阵列结构内的盾鳞结构阵列排列，盾鳞结构的形状仿自鲨鱼皮表面盾鳞结构。本发明专利技术能够提高流体换热性能，实现低阻流动，减少能量损失，提高核电站整体发电效率。提高核电站整体发电效率。提高核电站整体发电效率。

【技术实现步骤摘要】
用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管


[0001]本专利技术涉及核反应堆
，具体是涉及一种用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管。

技术介绍

[0002]21世纪初，各国及各国际论坛对核能发电不断进行研究规划，逐渐形成了第四代核能反应堆的概念，其中，使用超临界二氧化碳作为工质的超临界二氧化碳气冷快堆作为循环体积最小的第四代核能反应堆，具有重要应用前景。然而超临界二氧化碳在拟临界点附近热物性变化剧烈，面对高热负荷时极易发生传热恶化。在反应堆中该现象将导致燃料棒导热外壳局部温度急剧升高，显著降低流体的对流换热性能，还可能危及设备安全，造成堆芯融化等一系列灾难性后果。
[0003]近年来，随着仿生学以及超临界二氧化碳传热特性方面研究的不断深入，发现仿鲨鱼皮表面盾鳞结构能够有效提高超临界二氧化碳传热系数，降低流体阻力系数。鲨鱼是海洋中游泳速度最快的生物之一，拥有极佳的减阻能力。鲨鱼体表覆盖着一层独特的盾鳞，具有沟槽状的表面结构，盾鳞的长度通常为100μm～200μm，沟槽间的宽度通常为50μm～100μm，高度通常约为8μm，其形状因鲨鱼种类和身体部位而异。盾鳞上的这种沟槽结构能够优化鲨鱼体表流体边界层的流体结构，抑制和延迟紊流的发生，从而有效地减小水体阻力，降低能量依赖和消耗，获得极高的游速。研究表明：在高速流体流动状况下，盾鳞沟槽结构表面的减阻效果高达8％。目前对于沟槽结构的减阻机理主要为第二涡群理论，该理论认为反向旋转流向涡与盾鳞结构上部沟槽尖角相互作用形成二次涡群，阻碍了流向涡与沟槽底部低速流体的联系，减弱了边界层附近的动量交换，从而降低摩擦阻力。在传热方面，鲨盾鳞结构本身作为一种翅片结构，能够有效增加换热面积，其特殊形状能够改变流动结构，增强流体掺混，同时其沟槽结构产生的小尺度涡旋在提供减阻能力的同时能够进一步增强掺混，起到强化传热的作用。基于鲨鱼皮表面结构设计制造超临界二氧化碳气冷快堆堆芯燃料元件包壳管，对于超临界二氧化碳气冷快堆传热恶化的抑制具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管，以解决上述现有技术存在的问题，提高流体换热性能，实现低阻流动，减少能量损失，提高核电站整体发电效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供了一种用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管，包括管体、多个预留部和多个盾鳞阵列结构，所述预留部和所述盾鳞阵列结构沿所述管体的轴向交替设置，且所述预留部和所述盾鳞阵列结构均包覆于所述管体的外周，所述盾鳞阵列结构包括多个朝向一致的盾鳞结构，且各所述盾鳞阵列结构内的所述盾鳞结构阵列排列，所述盾鳞结构的形状仿自鲨鱼皮表面盾鳞结构。
[0007]优选的，所述盾鳞结构包括鳞棘和基板，所述鳞棘位于所述基板一侧，所述鳞棘的上端面设有多个沟槽。
[0008]优选的，所述盾鳞结构的排列方向与流体的流动方向相同，所述盾鳞阵列结构的阵列头部方向与流体流动方向相对，所述沟槽的长度方向与流体的流动方向平行。
[0009]优选的，所述盾鳞阵列结构为多个所述盾鳞结构通过错排微距的排列方式组成。
[0010]优选的，所述盾鳞阵列结构为多个所述盾鳞结构通过错排远距的排列方式组成。
[0011]优选的，所述盾鳞阵列结构为多个所述盾鳞结构通过顺排微距的排列方式组成。
[0012]优选的，所述盾鳞阵列结构为多个所述盾鳞结构通过顺排远距的排列方式组成。
[0013]优选的，所述盾鳞阵列结构的最大直径小于所述预留部的直径。
[0014]优选的，所述用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管的工作温度范围与超临界二氧化碳气冷快堆堆芯设计工作温度范围对应。
[0015]优选的，所述用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管的工作压力范围与超临界二氧化碳气冷快堆堆芯设计工作压力范围对应。
[0016]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0017]1.本专利技术提出的用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管具有加强热交换，减小摩擦阻力的特点，其表面盾鳞结构的特征及基于仿生原理得到的减阻设计能够进一步抑制超临界二氧化碳气冷快堆传热恶化现象，并减少反应堆强制对流设备能量损失，提高反应堆发电效率。
[0018]2.本专利技术提出的用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管可以通过对其单个盾鳞结构、盾鳞阵列结构及燃料包壳管结构进行不同尺寸及排列方式设计，以适应不同燃料元件尺寸、定位架间距、工作状况及制造工艺。
[0019]3.本专利技术提出的用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管相较于现有设计具有强化传热、抑制传热恶化的特点，相较于其他强化传热燃料包壳管设计，仿鲨鱼皮换热表面燃料包壳管具有低阻流动、可靠性高等优势。
[0020]4.本专利技术提出的用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管具有制造工艺多样化的特点，能够通过3D打印、印刷铸造、轧制加工、激光加工等多种技术进行制造，经济性较好。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是本专利技术中盾鳞结构的结构示意图；
[0023]图2是本专利技术中盾鳞结构的俯视图；
[0024]图3是本专利技术中盾鳞阵列结构以错排微距排列时的俯视图；
[0025]图4是本专利技术中盾鳞阵列结构以错排远距排列时的俯视图；
[0026]图5是本专利技术中盾鳞阵列结构以顺排微距排列时的俯视图；
[0027]图6是本专利技术中盾鳞阵列结构以顺排远距排列时的俯视图；
[0028]图7是本专利技术提供的用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管的结构示意图；
[0029]图中：1
‑
鳞棘，2
‑
基板，3
‑
沟槽，4
‑
盾鳞阵列结构，5
‑
预留部。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]本专利技术的目的是提供一种用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管，以解决现有的燃料包壳管流体换热性能差、能量损失大，导致换热系统易发生传热恶化，且核电站整体发电效率低的技术问题。
[0032]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0033]如图1
‑
图7所示，本实施例提供一种用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管，其特征在于：包括管体、多个预留部和多个盾鳞阵列结构，所述预留部和所述盾鳞阵列结构沿所述管体的轴向交替设置，且所述预留部和所述盾鳞阵列结构均包覆于所述管体的外周，所述盾鳞阵列结构包括多个朝向一致的盾鳞结构，且各所述盾鳞阵列结构内的所述盾鳞结构阵列排列，所述盾鳞结构的形状仿自鲨鱼皮表面盾鳞结构。2.根据权利要求1所述的用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管，其特征在于：所述盾鳞结构包括鳞棘和基板，所述鳞棘位于所述基板一侧，所述鳞棘的上端面设有多个沟槽。3.根据权利要求2所述的用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管，其特征在于：所述盾鳞结构的排列方向与流体的流动方向相同，所述盾鳞阵列结构的阵列头部方向与流体流动方向相对，所述沟槽的长度方向与流体的流动方向平行。4.根据权利要求1所述的用于超临界二氧化碳气冷快堆的燃料包壳管，其特征在于：所述盾鳞阵列结构为多个所述盾鳞结构通过错排微距的排列方式组成。5.根据权利要求1所述的用于超临界...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨泽南，卢玫元，王革，关奔，杨海威，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：