密度锁启动过程中传热特性的实验研究

器的温度至实验值 ，随后开启水泵 ，待流量稳定 后， 再打开加热器并同时用 Ｉ ＭＰ板采集热 电偶的 温度 ，当上水箱中温度达到温控器设定值后 ，加 热器会 自动断电。至此 ，密度锁启动过程结束 。 ２２２ 有扰 动实 验 撤 去不 锈钢 板 ，再分 别调 节 ．． 不 同 的流量 和加 热 温度 ，在 有 扰动 的情 况下 启 动 密 度 锁 ，重复 上述 过 程 。虽 然实 验 中扰 动 的大 小 难 以定量测量 ， 但考虑到扰动是 由进水管的出口 速 度决 定 的 ，因此 ，实 验 中用 进 水 管的 流量来 表 示 扰动 的大 小 。
密 度 锁 启 动 过 程 中传 热 特 性 的 实验 研 究
王 升 飞 ，阎 昌琪 ，谷 海 峰 ，曹 夏 昕
（ 尔滨 工程 大学 核科 学 与技 术学 院 ，哈 尔滨 ， １０ ０ ） 哈 ５０ １
摘要 ： 别在无扰动 以及扰动 大小 不同的实验情况下 ， 分 对密度锁启动过程 中的传热特性 进行了实验研究 。 研究结果表 明，密度锁能抑 制热量下传 。根据传热情况 ，密 度锁 内过渡区可分为强分层 、弱分层 和无分层 ３
扰动实验时热 电偶整体下移 １０／ｑ ５ ｒ。 ｉ ｌ ／
２２ 实验 方 法 ．
实验装置如图 ｌ 所示 。实验主体部分由上水 箱、 实验管段 、 下水箱及循环 回路组成。其中上 、 下水箱 由不锈钢制成 ，外加保温层 ；实验管段 由 有机玻璃制成。由于密度锁是 由许多轴线平行 的
收稿 日期 ：２０ ．８０ ；修 回 日期 ：２０ ．１ ８ ０７０．５ ０７１． ２
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坐标／ｍ 卜 ９ －０ ＯＩ ２Ｉ ２ｌ Ｏｌ ９Ｉ０ ｍ ｏｌ３ ｝０ ｌ ６ ７ ８ ８ １ ３ ３
编号 ｌ ｌ ２ Ｉ ３ ｌ ４ ５ Ｉ ６ Ｉ ７ ８ ９ Ｉ ＃ ＃ ＃ｌ ＃ ＃ ＃ｌ ＃ｌ＃ １ １ １ １ １ １ １ １ １ 坐枥 ｍ １ Ｉ ３ １４ １９ ８ ９ １ √ Ｉ ｍ Ｉ ２ ３ ４ ｝ ５ ｌ ０Ｉ ６Ｉ ８ ３ １ ｌ １ １ ２
ｌ４ ２
核 动 力 工 程
Ｖ Ｉ ９ＮＯ ４ ２ ０ ０２ ＿． ． ． ． ０ ８
表 １ 无扰动实验时热 电偶布置图
Ｔ ｂ ｅ ｌ Ｌ ｃ ｔｏ ｆ ｅｍ ｏ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｔ ｓｕ ｂ ｎ ｅ ａ ｌ ｏ ａｉ ｎ ｏ Ｔｈ ｒ ｃ ｕ ｌｓｗｉ ｕ ｔｒ ａ ｃ ｈ Ｄｉ
图 １ 实 验 装 置 简 图
Ｆ ｇ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ｙ ｔ ｍ ｉ ．１ ｐｒ ｍｅ ｔ ｓｅ Ｓ
两端敞 口的小通道组成ｌ，且这些小通道 的横截 ４ Ｊ 面呈蜂窝状 ，因此 ，为了便于加工 ，选择横截面
能否正常工作的启动过程却研究得很少。因此 ， 本文对密度锁启动过程 中的传热情况进行了初步 研究 ，为进一步 了解 密度锁 内传热性 能及结构奠
电站 的 固有安 全性 有 着重 要 的意 义 。 目前 ，国外 学者 对 于密 度 锁 的研究 做 了一些 积极 的探 索 ，主要 集 中在 分 界 面 的控 制 以及 如何 将 其 应 用 于新 型 反 应堆 的概 念 设 计 方 面【 。但 卜引 是 ，对 于 密度 锁 内传 热 问题 ，尤 其 是 决定 密度 锁
２２１ 无 扰 动 实 验 将 一 块 不 锈 钢 板 置 于 上 水 ．．
箱底部 ，以防扰动下传 ，钢板中间开孔 以便 于热 电偶穿过 。待实验装置 中充满水 ，设定温度控制
基金 项 目 ：国家 自然科 学基 金 资助 项 ￣（０ ７ ０２ ５７ ６２ ）
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种情况。强分层 和弱分层情况 下 ，密度锁都能有效地阻止热量下传 ，且强分层 向下传热量更小 。而在无分层 情况下热量连续不断地从 密度锁传出 ，导致密度锁失效 。
关键词 ：密度锁 ；分层 ；传热
中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ ４ Ｌ ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ
１ 引 言
密度锁是安装在反应堆主冷却剂系统与事故 冷却系统边界上的设备。由于主冷却剂和冷的硼 酸溶 液产生 的密度 差形 成 稳 定 的分层 ，起 到 隔离 事 故 回路 的作用 ，确保 反 应 堆 的正 常运 行 。一 旦 发生事故 ，密度锁将 自动开启 ，硼酸溶液注入主 冷却剂系统 ，使反应堆停堆 ，并通过 自然循环将 堆芯热量带走 ，保证反应堆安全停堆 。正是 由于 这些 特 点 ，密度 锁 的研究 和应 用 对提 高 下一 代 核
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第２ ９卷 第 ４ 期
２ ０ ０ ８
核 动 力 工 程
Ｎ ｕ ｌ ａ ｗ ｅ ｇｉ ｅ ｉ ｃ ｅ ｒＰｏ ｒＥｎ ｎｅ ｒｎｇ
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｖ＿ ．２ ．ＮＯ ４ ０ Ｉ ９ ．
Ａｕｇ ２ ０ ８ ． ０
年 ８月
文章 编 号 ：０ ５ －９ ６２０ ）４０ —５ ２ ８０ ２ （０ ８０ － ３０ １ ２
定 了基 础
２ 实 验 方 法 及 数 据 处 理
２ １ 实验装 置 ．
由 ２ ｍ× ０ ０ ｍ ２ ｍｍ的方形通道组成的平行管束 ； 管束高 ２ ０ 。热电偶布置于实验段 中心位置， ８姗 从上 水 箱贯 穿 至实 验管 段 。无 扰 动实 验 时热 电偶 布置见表 １ ，以上水箱底部为起始位置 ，向下为 正 ，其 中 ２ ＃ ０ 为铠装 热 电偶 ，位于 下 水箱 内 。有
２３ 密 度锁 启 动过 程 中传热 量计 算 ． 选取 加热 器 打 开前 为初 态 ；当水 温达 到设定 温度 ，加 热 器关 闭 时为 终态 。在 实 验管 段 内沿 竖