自然循環(huán)及強迫循環(huán)回路系統(tǒng)的堆芯電加熱元件設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于壓水堆堆忍模擬體的設(shè)計領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種自然循環(huán)及強迫循環(huán)回 路系統(tǒng)的堆忍電加熱元件設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 非能動余熱排除系統(tǒng)設(shè)計的安全可靠需要進(jìn)項相應(yīng)的實驗研究，對于目前電站反 應(yīng)堆，其幾何尺度及流量規(guī)模均很大，且造價較高，不可能實現(xiàn)原型規(guī)模的實驗研究，需要 進(jìn)行模型簡化。模型設(shè)計是否合理，決定了實驗數(shù)據(jù)能否反映反應(yīng)堆原型的相關(guān)特性。只 有當(dāng)模型內(nèi)流體流動正確模擬了原型時，實驗數(shù)據(jù)才具有工程使用價值和意義。
[0003] 對堆忍進(jìn)行設(shè)計的關(guān)鍵是需要一個較小幾何尺度的模型上，實現(xiàn)對原型的水力學(xué) 模擬及核釋熱模擬，W達(dá)到研究原型水力學(xué)特性的目的。減小流動失真、解決直流電加熱時 電流和電壓的匹配、使裝置更容易實現(xiàn)是堆忍電加熱元件設(shè)計的技術(shù)難題。
[0004] 鑒于此，有必要提供一種用于自然循環(huán)和強迫循環(huán)回路系統(tǒng)的堆忍電加熱元件的 設(shè)計方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實施例的目的在于通過采用相似理論，WAFA3G為原型，提供一種自然循 環(huán)及強迫循環(huán)回路系統(tǒng)的堆忍電加熱元件的設(shè)計方法，目的是在一個較小幾何尺度的模型 上，實現(xiàn)對原型的水力學(xué)模擬及核釋熱模擬，W達(dá)到研究原型水力學(xué)特性的目的。
[0006] 本發(fā)明是運樣實現(xiàn)的，一種自然循環(huán)及強迫循環(huán)回路系統(tǒng)的堆忍電加熱元件的設(shè) 計方法包括堆忍模擬體中的單根電加熱元件設(shè)計、一盒燃料組件的模擬W及燃料組件模擬 體的結(jié)構(gòu)及裝配方法，所述自然循環(huán)及強迫循環(huán)回路系統(tǒng)的堆忍電加熱元件的設(shè)計方法根 據(jù)自然循環(huán)及強迫循環(huán)實驗回路的設(shè)計參數(shù)和功能需求，確定電加熱元件的加熱方式、單 根加熱元件的設(shè)計參數(shù)及一盒燃料組件模擬體的結(jié)構(gòu)及裝配方法。
[0007] 進(jìn)一步，WAFA3G為原型進(jìn)行模擬，堆忍電加熱元件所在的自然循環(huán)一回路相關(guān) 設(shè)計參數(shù)為：
[0008] 設(shè)計壓力：17. 2MPa
[0009] 運行壓力：15. 5MPa
[0010] 設(shè)計溫度：360°C
[0011] 最高運行溫度：320°C
[0012] 堆忍模擬體最大功率aoookw。
[0013] 進(jìn)一步，電加熱元件采用不誘鋼管作為加熱元件，電加熱元件采用定位格架固定， 定位格架擬采用原型中的定位格架，電加熱元件的上下端和銅板相連，銅板分別和電源的 正負(fù)極相連，電加熱元件的加熱方式采用直流電加熱，電加熱元件可重復(fù)利用。
[0014] 進(jìn)一步，單根燃料棒的設(shè)計高度比選取1:4,AFA3G燃料棒長為4.Om，采用直流電 加熱長1. Om的不誘鋼管模擬燃料棒核釋熱，不誘鋼管的規(guī)格為(p9.5x0.87mm，其外徑與 FA3G燃料棒相同，用一根巧5的銅棒連接不誘鋼管的一端與電源正極，用另一根(p5的銅棒 連接不誘鋼管的另一端與電源負(fù)極，連接方式均采用銀鉛焊接。
[0015] 進(jìn)一步，一盒燃料組件模擬體的結(jié)構(gòu)及裝配方式采用將一盒組件分為四個區(qū)，并 串聯(lián)運四個區(qū)，具體的做法為：第一區(qū)的上端和電源正極相聯(lián)，第一區(qū)下端和第二區(qū)的下端 相聯(lián)，第二區(qū)上端和第=區(qū)的上端相聯(lián)，第=區(qū)下端和第四區(qū)的下端相聯(lián)，第四區(qū)的上端和 電源負(fù)極相聯(lián)，區(qū)與區(qū)之間用陶瓷棒隔離，且流道幾何尺寸與AFA3G燃料組件相同。
[0016] 本發(fā)明提高了超設(shè)計基準(zhǔn)事故設(shè)置的措施的可靠性和核電廠安全系統(tǒng)的多樣化， 具有很高的工程價值。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明實施例提供的單根電加熱元件設(shè)計圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明實施例提供的電加熱元件設(shè)計總圖；
[0019] 圖3是本發(fā)明實施例提供的電加熱元件設(shè)計總圖俯視圖；
[0020] 圖4是本發(fā)明實施例提供的圖3的A-A視圖；
[0021] 圖5是本發(fā)明實施例提供的圖2的B-B視圖。 陽0巧圖中：1_螺栓；2-螺母；3-墊圈；4-上銅巧h5_銅塊；6-陶瓷棒；7-不誘鋼管； 8-下銅棒；9-下銅排；10-連接銅板；11陶瓷塊；12-陶瓷塊；13-螺母；14-墊圈；15-螺釘； 16-上銅棒。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合實施例，對本本發(fā) 明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并不用 于限定本發(fā)明。
[0024] 針對原型（ACPR1000)中有157盒燃料組件，本堆忍擬模擬一盒燃料組件主要模擬 核釋熱的及阻力特性。具體的模擬實施過程如下：
[00巧]1.核釋熱形式模擬 陽0%] 電加熱元件采用不誘鋼管作為加熱元件。電加熱元件的加熱方式采用直流電加 熱，各實驗室者具有大型直流電源，它提供可精細(xì)調(diào)節(jié)的大電流的能力，無需要重新配置 相關(guān)電源，并且電加熱元件可重復(fù)利用，當(dāng)加熱元件數(shù)量很多時，該種加熱方式優(yōu)點更為凸 思〇
[0027] 2.單根燃料棒的設(shè)計
[0028] 如圖1所示，根據(jù)堆忍的模擬，單根燃料棒的設(shè)計高度比選取1:4。AFA3G燃料棒 長約為4.Om，本設(shè)計采用直流電加熱長1.Om的不誘鋼管來模擬燃料棒核釋熱。不誘鋼管 的規(guī)格為tp9.5x〇.87m併，其外徑與FA3G燃料棒相同，運樣就可W通過控制直流電加熱量 來實現(xiàn)核燃料棒表面熱負(fù)荷的模擬。用一根的銅棒16連接不誘鋼管7的一端與電源正 極，用另一根的下銅棒8連接不誘鋼管7的另一端與電源負(fù)極，其連接方式均采用銀鉛焊 接。
[0029] 核燃料元件模擬體的電阻按W下方法計算：
[0030]反應(yīng)堆堆忍進(jìn)出口溫度分別為tin= 280°C和tout= 320°C，取流體平均溫度則
[0031] tf,av= (twt+tJ/2= (280+320)/2 = 300r(1)
[0032] 不誘鋼管的截面積為
[0033]
[0034] 若壁面平均溫度W高于流體平均溫度50°C計算，加熱管壁面溫度按照300+50 = 350°C考慮，在該溫度下，其電阻率為：
[0035] P=0. 775+0. 00055?tw,av= 0. 775+0. 00055X350=0. 9675Q?mm2/m (3)
[0036] 每一根加熱管的電阻：
[0037] R=PL/S"= 0. 9675X1. 0/23. 58=0. 041Q(4)
[0038] 3. -盒燃料組件
[0039] 原型