本發(fā)明涉及一種燃料組件的熱工水力實驗裝置，具體涉及一種瞬變運動條件下的棒束通道熱工水力實驗裝置。

背景技術(shù)：

堆芯燃料組件的熱工水力特性研究對于反應(yīng)堆的安全運行及相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計具有十分重要的意義，為了提高堆芯燃料組件的性能以及優(yōu)化其設(shè)計，各國都對此開展了熱工水力分析和實驗研究。浮動核電站、核動力艦船等的反應(yīng)堆堆芯結(jié)構(gòu)都可以?；癁榘羰ǖ?，其內(nèi)部的流動傳熱特性對反應(yīng)堆設(shè)計和安全運行起著至關(guān)重要的作用。

棒束型燃料組件是核動力艦船裝置反應(yīng)堆的常用燃料組件。在外力作用下，通道內(nèi)的兩相流流場更加復(fù)雜。相比于矩形流道，棒束流道上汽泡的受力分析更加復(fù)雜，也更易受運動條件的影響，因此在海洋瞬變運動條件下，由于交變外力場和流量攪混的作用，汽泡的行為復(fù)雜多變。而該過程對通道的阻力和傳熱特性造成了重要的影響，需要對其進行深入的理論和實驗研究，為海洋條件反應(yīng)堆的安全運行提供實驗基礎(chǔ)。

目前國內(nèi)外沒有針對海洋瞬變條件下高溫高壓棒束燃料組件熱工水力實驗裝置的設(shè)計及實驗研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有沒有針對海洋瞬變條件下高溫高壓棒束燃料組件熱工水力實驗裝置的設(shè)計及實驗研究，導(dǎo)致海洋條件反應(yīng)堆存在安全隱患，提供了一種瞬變運動條件下的棒束通道熱工水力實驗裝置，該實驗裝置解決電加熱、絕緣和密封性能問題，能夠在運動條件和高溫、高壓條件下穩(wěn)定運行，開展流動與傳熱特性實驗，確保海洋條件反應(yīng)堆安全運行。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種瞬變運動條件下的棒束通道熱工水力實驗裝置，包括電熱組件、絕緣組件、流道組件以及密封組件，所述電熱組件和絕緣組件均設(shè)置在流道組件中，且絕緣組件設(shè)置在電熱組件和流道組件之間并與流道組件緊密貼合，流道組件設(shè)置在密封組件中并形成無縫連接。棒束型燃料組件是核動力艦船裝置反應(yīng)堆的常用燃料組件。在外力作用下，通道內(nèi)的兩相流流場更加復(fù)雜。相比于矩形流道，棒束流道上汽泡的受力分析更加復(fù)雜，也更易受運動條件的影響，因此在海洋瞬變運動條件下，由于交變外力場和流量攪混的作用，汽泡的行為復(fù)雜多變。而該過程對通道的阻力和傳熱特性造成了重要的影響，需要對其進行深入的理論和實驗研究，為海洋條件反應(yīng)堆的安全運行提供實驗基礎(chǔ)。目前國內(nèi)外沒有針對海洋瞬變條件下高溫高壓棒束燃料組件熱工水力實驗裝置的設(shè)計及實驗研究，因此，有必要研制一種海洋運動條件下高溫高壓棒束通道熱工水力實驗裝置，使棒束燃料組件熱工水力實驗裝置能夠承受高溫高壓、運動條件，且能夠多次重復(fù)地開展熱工水力實驗。本方案設(shè)計的瞬變運動條件下的棒束通道熱工水力實驗裝置，通過導(dǎo)電頭和導(dǎo)電塊實現(xiàn)導(dǎo)電；流道組件由兩塊整體成形的不銹鋼部件壓緊扣合組成，兩塊流道組件間通過石棉橡膠板實現(xiàn)密封，流道組件下端布置有下托盤、螺紋托盤用于流道底部密封；絕緣組件由兩塊陶瓷塊組成正方形，實現(xiàn)流道組件與電熱組件之間的絕緣，且便于流道組件以及電熱組件的組裝與拆卸，其較好的實現(xiàn)了棒束通道的密封和絕緣，且棒束通道能真實反映原型的熱工水力特性，可開展流動熱工水力特性實驗，保證了棒束燃料組件實驗研究的順利完成，保證海洋條件反應(yīng)堆安全運行。

電熱組件包括加熱元件、導(dǎo)電頭以及導(dǎo)電塊，導(dǎo)電頭設(shè)置在導(dǎo)電塊上方，導(dǎo)電頭中設(shè)置有若干個通孔，每根加熱元件穿過對應(yīng)的通孔并與通孔內(nèi)壁固定，導(dǎo)電塊設(shè)置在加熱元件下方且與加熱元件通過導(dǎo)電線連接，加熱元件設(shè)置在流道組件中，且加熱元件穿過絕緣組件的空腔；流道組件包括流道板組件，且流道板組件由兩塊流道板彼此貼合固定組成，流道板的向?qū)γ婢鶅?nèi)凹形成凹槽后組合為橫截面為矩形的流道，加熱元件穿過流道，絕緣組件設(shè)置在流道中；絕緣組件為兩塊陶瓷片，兩塊陶瓷片圍成橫截面為正方形的通道，并且內(nèi)置于流道板圍成的流道內(nèi)；密封組件包括流道托盤、螺紋托盤和托盤墊片，流道托盤套在流道板組件外壁上，并且流道板組件的底部設(shè)置在流道托盤中，加熱元件均穿過流道托盤，螺紋托盤設(shè)置在流道托盤下方，在流道托盤和螺紋托盤之間設(shè)置有托盤墊片，且螺紋托盤中設(shè)置有托盤螺釘，托盤螺釘?shù)囊欢舜┻^托盤墊片后設(shè)置在流道托盤中；并且在流道托盤中設(shè)置有流道墊片，且流道墊片設(shè)置在流道板組件下方并與流道板組件的底面接觸。通過上述連接，能夠解決電加熱、絕緣和密封性能問題，能夠在運動條件和高溫、高壓條件下穩(wěn)定運行，開展流動與傳熱特性實驗。

本發(fā)明涉及一種燃料組件的熱工水力實驗裝置，特別涉及瞬變運動條件下高溫高壓棒束通道流動與阻力特性熱工水力實驗裝置，可用于高溫高壓條件下棒束燃料組件堆芯基本熱工水力學(xué)問題的實驗研究，能夠滿足實驗對電加熱、承高壓、耐高溫以及絕緣和密封性能要求。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、工藝成熟、性能穩(wěn)定和成本較低等特點，具備良好的電加熱、絕緣和密封性能，完全滿足在高溫、高壓條件下開展棒束燃料組件熱工水力實驗的要求。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：本發(fā)明實現(xiàn)了棒束通道的密封和絕緣，且棒束通道能真實反映原型的熱工水力特性，可開展流動熱工水力特性實驗，保證了棒束燃料組件實驗研究的順利完成，從而使得海洋條件反應(yīng)堆安全運行。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為流道組件中部的截面示意圖；

圖3為流道組件底部的截面示意圖；

圖4為流道托盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為螺紋托盤的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標記及對應(yīng)的零部件名稱：

1-加熱元件，2-導(dǎo)電頭，3-流道板組件，4-絕緣組件，5-流道螺釘，6-流道墊片，7-流道托盤，8-托盤墊片，9-螺紋托盤，10-托盤螺釘，11-導(dǎo)電塊，12-不銹鋼管，13-上流道板，14-壓緊螺栓，15-下流道板，16-密封墊片，17-陶瓷片。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例：

如圖1至圖5所示，一種瞬變運動條件下的棒束通道熱工水力實驗裝置，包括電熱組件、絕緣組件4、流道組件以及密封組件，各組件之間可現(xiàn)場組裝與拆卸，所述電熱組件和絕緣組件4均設(shè)置在流道組件中，且絕緣組件4設(shè)置在電熱組件和流道組件之間并與流道組件緊密貼合，流道組件設(shè)置在密封組件中并形成無縫連接，其中電熱組件包括加熱元件1、導(dǎo)電頭2以及導(dǎo)電塊11，導(dǎo)電頭2設(shè)置在導(dǎo)電塊11上方，導(dǎo)電頭2中設(shè)置有9個通孔，加熱元件1為9根不銹鋼管12，不銹鋼管12采用3×3排列組合，其尺寸為Φ9×1.5mm，每根加熱元件1穿過對應(yīng)的通孔并與通孔內(nèi)壁焊接固定保持接觸，導(dǎo)電塊11設(shè)置在加熱元件1下方且與加熱元件1通過銅絲制成的導(dǎo)電線連接保持接觸，加熱元件1設(shè)置在流道組件中，且加熱元件1穿過絕緣組件的空腔，通道導(dǎo)電頭2和導(dǎo)電塊11導(dǎo)通電流后模擬棒狀燃料組件發(fā)熱。流道組件包括流道板組件3，且流道板組件3由兩塊整體成型的不銹鋼流道板彼此壓緊扣合固定組成，將兩塊流道板分別命名為上流道板13和下流道板15，最好將上流道板13和下流道板15設(shè)置為方形流道板，采用線切割而成，流道板的向?qū)γ婢鶅?nèi)凹形成凹槽，并且凹槽同時與上流道板13和下流道板15的頂部和底部貫穿，凹槽組合為橫截面為矩形的流道，中間放置石棉橡膠板，加熱元件1穿過流道，上流道板13、下流道板15通過壓緊螺栓14進行壓緊，從而構(gòu)成封閉的方形流道，對原型燃料組件流通截面進行模擬。而且在上流道板13和下流道板15還設(shè)置有密封墊片16，通過密封墊片16實現(xiàn)上流道板13和下流道板15之間密封，保證密封效果。上流道板13和下流道板15扣合后構(gòu)成棒束通道流道，兩塊流道中間開槽后采用石棉橡膠材料進行密封，下部由下托盤、螺紋托盤等部件結(jié)合聚四氟乙烯進行密封。

由于實驗裝置加熱元件帶電，必須對加熱元件與流道組件進行絕緣處理，絕緣措施主要在流道板內(nèi)放置絕緣陶瓷。絕緣組件4由2塊陶瓷片17圍成橫截面為正方形的通道，內(nèi)置于流道板圍成的流道內(nèi)，實現(xiàn)流道組件與電熱組件之間的絕緣。兩塊流道板由線切割而成，通過外置的壓緊螺栓14連接，組成正方形流道，陶瓷片的厚度是5mm，且在陶瓷片17組合形成的通道上開有三個引壓孔，用于引出壓力信號，陶瓷片17的結(jié)構(gòu)設(shè)計不但具有良好的絕緣性能，且便于絕緣組件以及電熱組件的組裝與拆卸。

密封組件包括流道托盤7、螺紋托盤9和托盤墊片8，流道托盤7套在流道板組件3外壁上，并且流道板組件3的底部設(shè)置在流道托盤7中，加熱元件1均穿過流道托盤7，螺紋托盤9設(shè)置在流道托盤7下方，在流道托盤7和螺紋托盤9之間設(shè)置有托盤墊片8，且螺紋托盤9中設(shè)置有托盤螺釘10，托盤螺釘10的一端穿過托盤墊片8后設(shè)置在流道托盤7中；流道托盤7中設(shè)置有流道墊片6，且流道墊片6設(shè)置在流道板組件3下方并與流道板組件3的底面接觸。在流道組件的下方放置有流道托盤7和螺紋托盤9進行密封，流道托盤7用于與流道板之間的密封，兩部件由流道螺釘5壓緊，通過流道墊片6進行密封，以防止流體發(fā)生旁流，螺紋托盤用于流道組件與實驗裝置承壓筒體的密封，兩部件由流道螺釘10壓緊，通過托盤墊片8進行密封，其作用同樣是防止流體發(fā)生旁流，通過上流道板13和下流道板15之間、流道板組件與流道托盤7之間以及流道托盤7與螺紋托盤9之間的三道密封結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了流體的密封，避免發(fā)生旁流、漏流，保證了實驗數(shù)據(jù)的可靠性及真實性。

實驗裝置的上下法蘭需要絕緣處理故采用榫槽式密封，使用絕緣的石棉橡膠板做密封墊。設(shè)備上管路出口不帶電，故采用透鏡墊密封。法蘭杯與導(dǎo)電銅棒的密封采用自緊式密封和填料密封方式。

棒束燃料組件是浮動核電站和艦船核動力裝置常用的堆芯組件，通過進行瞬變運動條件下燃料組件熱工水力特性的實驗研究，對于提高我國目前浮動核電站和艦船用核動力裝置的堆芯設(shè)計水平具有重要意義。棒束燃料組件熱工水力實驗裝置可以用于相關(guān)棒束燃料組件的實驗研究中，具有廣闊的應(yīng)用前景和使用價值，而實驗本體能夠較好的實現(xiàn)高溫高壓條件下加熱組件的密封與絕緣，并由加熱組件和流道組件等部件模擬堆芯棒束燃料組件內(nèi)部流動、傳熱特性，從而研究熱工參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)對棒束燃料組件熱工水力特性的影響。通過上述技術(shù)方案的實施，可解決電加熱、絕緣和密封性能問題，滿足在高溫、高壓條件下開展棒束組件熱工水力實驗的需求，從而使得海洋條件反應(yīng)堆安全運行。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。