研究堆虹吸断路器试验与仿真研究

Summary

对虹吸破断现象进行了实验研究, 并提出了理论模型。建立了基于理论模型的仿真程序, 并与实验结果进行了比较。仿真结果与实验结果吻合较好。

Abstract

在研究堆的设计条件下, 管道破裂引起的虹吸现象会导致水的持续向外流动。为了防止这种外流, 需要一个控制装置。虹吸式断路器是一种安全装置, 可以有效地控制冷却水的损失。

为了分析虹吸破碎的特点, 进行了实际的实验研究。从实验结果中发现, 影响虹吸破碎现象的设计因素有多种。因此, 在各种设计条件下, 有必要建立一个能够预测和分析虹吸断裂现象的理论模型。利用实验数据, 可以建立一个准确预测虹吸破断现象的进展和结果的理论模型。建立的理论模型以流体力学为基础, 采用奇泽姆模型对 two-phase 流进行分析。从伯努利方程出发, 可以求得或计算 two-phase 流的速度、数量、低于高度、水位、压力、摩擦系数和相关因素。此外, 为了利用本研究所建立的模型, 研制了虹吸式断路器分析与设计方案。仿真程序在理论模型的基础上运行, 并以图的形式返回结果。用户可以通过检查图形的形状来确认虹吸断裂的可能性。此外, 整个仿真结果的保存是可行的, 可以作为分析实际虹吸破碎系统的一种资源。

最后, 使用本研究开发的程序, 用户可以确定虹吸式破碎机的状态, 设计虹吸式破碎机系统。

Introduction

使用板式燃料的反应堆的数量, 如约旦研究和训练反应堆 (JRTR) 和 KiJang 研究反应堆 (KJRR), 最近有所增加。为了方便地连接板式燃料 , 研究堆需要一个核心向动。由于研究反应堆需要主冷却系统的净正吸头, 一些冷却系统组件可能会安装在反应堆下面。然而, 如果管道破裂发生在反应堆下面的主冷却系统中, 虹吸效应会导致冷却剂的连续排水, 从而导致反应堆暴露在空气中。这意味着残余的热量不能被去除, 这可能导致严重的事故。因此, 在发生冷却剂事故时, 必须有防止发生严重事故的安全装置。虹吸式断路器是一种安全装置。它能有效地防止水的抽放, 利用空气的涌流。整个系统称为虹吸破碎系统。

对改进研究堆安全性进行了若干研究。麦当劳和貂¹进行了一次实验, 以确认虹吸式破碎阀作为一个主动断路器的性能。尼尔和斯蒂芬斯²在小型管道中使用虹吸断路器作为被动操作装置进行了实验。樱井³提出了一个分析模型, 用于分析在完全分离的水下水流模型下的虹吸断裂。

虹吸破碎是非常复杂的, 因为有许多参数需要考虑。此外, 由于实际研究反应堆的实验尚未进行, 因此很难将以往的研究应用于当代的研究反应堆。因此, 以往的研究没有提出一个令人满意的理论模型的虹吸断裂。为此, 进行了实际实验, 建立了理论模型。

....

Protocol

1. 实验程序 ^{4 , 5 , 6}

准备步骤
1. 检查实验设备。在测试矩阵的基础上, 仔细检查测试矩阵的测试条件, 如失水事故的大小, SBL 大小, 虹吸断路器的类型, 和存在的孔口, 在实验之前。此外, 测试, 以确认仪器和设备的组件工作正常, 没有数据噪音或故障.
   1. 使用安装在下部水箱中的回流泵将上部水箱装入水中.
   2. 卸下 SBL 内的剩余空气。使用真空泵和缓冲室去除 SBL 的残余空气.
   3. 检查上部水箱的初始水位。用附在油箱上的尺子.
2. 测试步骤
   1. 在管道系统的末尾打开阀门.
   2. 在控制室采用数据采集系统, 在虹吸破断现象期间, 检查测量数据, 如水位、流量、压力变化。如果没有流出的冷却剂, 第一个实验结束。最后, 用给定的测试条件记录所获得的实验结果.
3. 更改测试变量 (SBL 大小、失水事故大小、孔口存在和失水事故位置), 如下所示。
   1. 将 SBL 的大小依次更改为2、2.5、3、4、5和 6; 给定的 SBL 在 图 2....

Results

虹吸破碎的全过程由三阶段组成。第一阶段是由于虹吸效应而流出的冷却剂。第二阶段是通过 SBL 来启动空气流入的过程, 以阻止冷却剂的流失, 称为虹吸破碎。在图 3中, 虹吸断裂现象可以看作是绝对压力的急剧增加。在绝对压力急剧增加后, 由于水位下降而逐渐减少。在虹吸结束时, 由于一些残余水回流到上部水箱, 绝对压力再次增加。如果虹吸破碎完成, 没有进一步泄漏的冷却剂和这个状态称为 ' 稳态 '。由于没有进一步的状态变化, 绝对压力也保持恒定。在第一阶段保持高值的流速随着虹吸断裂开始逐渐减小。当虹吸破断成功完成时, 冷却剂泄漏逐渐减少并停止, 如视频 1所示。在图 3中的差压显示, 在虹吸破断开始后, 趋势会稳步增加。

如果在没有虹吸断路器的情况下发生管道破裂, 所有的冷却剂都会因虹吸效应而泄漏。描述无虹吸.......

Discussion

虹吸断路器是一种被动操作的安全装置, 用于防止管道破裂事故发生时的冷却液损失。然而, 这是很难适用于当代研究反应堆, 因为没有实验的实际规模的研究反应堆。因此, 实际的实验是由 POSTECH 和 KAERI 进行的。试验的目的是确定虹吸破断在实际规模上是可行的, 并确定影响虹吸破碎的因素。实验结果表明, 失水的大小和 SBL 大小是影响低于的主要因素。

虹吸破碎的计算过于复杂, 因为有许多参数需要考虑。以往的研究没有提出一个令人满意的理论模型的虹吸断裂。为此, 从实际的虹吸式破碎机实验结果, 建立了一个能分析实际虹吸破断现象的理论模型。理论模型基于流体力学和 two-phase 流的奇泽姆模型。从伯努利方程出发, 可以推导出流动速度。此外, 还可以从考虑 two-phase 流动的理论模型计算出其他重要变量, 如容积流速、水位和低于高度。

然后, 在理论模型的基础上开发了一个仿真程序。将仿真结果与实验结果进行了比较, 表明该理论模型能较好地分析实际虹吸破断现象。仿真结果可作为判断研究堆对管道破裂事故安全性的依据, 该程序可用.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
绝对压力传感器	传感器 Technics	CTE9000	0.05% 满量程误差
差压传感器	Setra	C230	0.25% 满量程误差
超声波流量计	东京京机	UFP-20	分辨率 0.01m^3/h
Visual Studio 2012	Microsoft	Windows 8	Microsoft Foundation Class
E.R.W. 钢管材	现代海思科	KS D 3507（SPP）	400A（外径） x 7.9mm（厚）