燃料棒束的热工流体实验装置

1.本发明属于燃料棒束实验装置领域，具体涉及一种燃料棒束的热工流体实验装置。


背景技术：

2.铅冷快堆（lead-cooled fast reactor，lfr）具有增值核燃料和嬗变核废料的潜力，是第四代核能系统中最具发展前景的堆型之一。反应堆是一个非常紧凑的热源，堆芯单位体积的释热率可达每立方米几百兆瓦，燃料元件若得不到很好的冷却，其温度就会过高，造成危险。为保证核反应堆的安全运行，确保在任何工况下都能够及时输出堆芯发出的热量，就必须设计出一个良好的堆芯输热系统。目前对于燃料元件横流特性研究，是基于横流实验装置，通过 piv 观测技术研究模拟组件通道介质传递过程，观察其流动特性。本发明燃料棒束的热工流体实验装置采用透明材质，根据流体力学相似性原理，利用碘化钠溶液模拟燃料组件中重金属液体的流动，对7棒束格架结构燃料组件流体流动特性进行研究，相关研究中，现有的燃料棒束的热工流体实验装置中棒束的主体部分为三段式结构，由两组燃料棒插接在定位格架两侧组成，该结构稳定性较差，影响实验结果的准确性。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种燃料棒束的热工流体实验装置，以解决现有实验装置中棒束的稳定性较差的问题。
4.本发明的技术方案是：一种燃料棒束的热工流体实验装置，包括流体入口段和组件实验段，流体入口段连接在组件实验段下端，组件实验段内设有棒束，棒束上套设有格架，格架由外框和多个定位单元组成，外框贴合连接在组件实验段内壁，多个定位单元排列在外框内且与外框连为一体，棒束穿过定位单元且卡在定位单元内。
5.作为本发明的进一步改进，棒束由上端棒束、中段棒束和下端棒束依次插接组成。
6.作为本发明的进一步改进，流体入口段内设有固定座，固定座由固定框和多个立板组成，多个立板平行连接于固定框内，立板上段设有榫端；下端棒束底部开设有插槽，插槽上端设有榫槽，插槽插接在立板上且榫端插接在榫槽内。
7.作为本发明的进一步改进，固定框内侧壁开设有卡槽，立板插接在卡槽内，立板和固定框之间通过平键固定。
8.作为本发明的进一步改进，上端棒束上套设有固定板，固定板连接在组件实验段内壁，固定板上开设有多个定位孔，上端棒束穿过定位孔且卡在定位孔内。
9.作为本发明的进一步改进，固定框底部设有过滤网。
10.作为本发明的进一步改进，过滤网设有多个。
11.作为本发明的进一步改进，流体入口段侧壁设有入口管口；组件实验段顶部设有顶部封盖，组件实验段上端侧壁设有出口管口。
12.作为本发明的进一步改进，流体入口段底部设有底部封盖，底部封盖上设有出水
孔，出水孔处设有可拆卸的盖板。
13.作为本发明的进一步改进，流体入口段上端面设有密封槽，密封槽内设有密封圈。
14.本发明的有益效果是：1. 本发明中棒束的主体部分为一体式结构，减小了实验过程中棒束的晃动，降低棒束位移对实验的干扰；棒束贯穿格架，由格架上的定位单元进行定位，格架的外框贴合连接在组件实验段内壁，连接紧密，棒束及格架的整体性好，不仅结构简化，而且有效提升了装置的稳定性，保证实验可靠进行。
15.2. 本发明中的下端棒束采用榫结合的形式插接在固定座的立板上，榫端榫槽紧密连接，牢牢限制棒束的横向纵向位移，稳定性更好。
16.3. 本发明将入口管口和出口管口设置在装置侧部，取消了现有装置的流体出口段结构，直接将出口管口设计在组件实验段，简化了装置结构，减少顶部复杂结构对于内部流体拍摄的干扰，并且缩短组件试验段与顶部相机的距离，便于实验进行。
17.4. 本发明在底部封盖上设有出水孔，且出水孔处设有可拆卸的盖板，实验结束后可取下盖板直接排出装置内的全部液体，方便清洗内部。
附图说明
18.图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明的分解结构示意图；图3是本发明中格架的结构示意图；图4是本发明中下端棒束与固定座的分解结构示意图；图5是本发明中固定座的结构示意图；图6是本发明中流体入口段的结构示意图；图7是本发明中棒束与固定板的连接关系示意图；图8是本发明中棒束与固定板的分解结构示意图；图9是本发明中组件实验段的结构示意图。
19.图中：10为流体入口段；1-1为密封槽；1-2为底部封盖；1-3为盖板；1-4为出水孔；1-5为入口管口；1-6为排气孔；20为组件实验段；2-1为固定槽；2-2为定位孔；2-4为固定板；2-5为顶部封盖；2-7为出口管口；4-1为固定框；4-2为立板；4-3为平键；4-4为榫端；4-5为卡槽；4-6为过滤网；5-1为中段棒束；5-3为凹槽；5-4为凸台；5-5为上端棒束；5-6为下端棒束；5-7为插槽；5-8为榫槽；6-1为外框；6-2为定位单元。
具体实施方式
20.以下结合附图对本发明进行详细说明。
21.如图1-9所示，一种燃料棒束的热工流体实验装置，包括流体入口段10和组件实验段20，流体入口段10连接在组件实验段20下端，组件实验段20内设有棒束，棒束中间位置套设有格架，格架由外框6-1和多个定位单元6-2组成，外框6-1贴合连接在组件实验段20内壁，多个定位单元6-2排列在外框6-1内且与外框6-1连为一体，棒束穿过定位单元6-2且卡在定位单元6-2内。
22.为方便拆卸，棒束由上端棒束5-5、中段棒束5-1和下端棒束5-6依次插接组成。中
段棒束5-1两端均设有凹槽5-3，上端棒束5-5底部和下端棒束5-6顶部均设有凸台5-4且对应插接在中段棒束5-1两端的凹槽5-3内。
23.流体入口段10内设有固定座，固定座由固定框4-1和多个立板4-2组成，多个立板4-2平行连接于固定框4-1内，立板4-2上段设有圆形榫端4-4；下端棒束5-6底部开设有插槽5-7，插槽5-7上端设有榫槽5-8，插槽5-7插接在立板4-2上且榫端4-4插接在榫槽5-8内。
24.固定框4-1内侧壁开设有卡槽4-5，立板4-2插接在卡槽4-5内，立板4-2和固定框4-1之间通过平键4-3固定。
25.上端棒束5-5上套设有固定板2-4，组件实验段20内壁开设有固定槽2-1，固定板2-4通过固定槽2-1连接在组件实验段20内壁，固定板2-4上开设有多个定位孔2-2，上端棒束5-5穿过定位孔2-2且卡在定位孔2-2内。
26.固定框4-1底部设有过滤网4-6，过滤流入组件实验段20的流体中的杂质。
27.过滤网4-6设有多个，多个过滤网4-6还可起到均匀流体的作用。
28.流体入口段10侧壁设有入口管口1-5，入口管口1-5位于固定座下方；组件实验段20顶部设有顶部封盖2-5，组件实验段20上端侧壁设有出口管口2-7。
29.流体入口段10底部设有底部封盖1-2，底部封盖1-2上设有出水孔1-4，出水孔1-4处设有可拆卸的盖板1-3。
30.流体入口段10上端面设有密封槽1-1，密封槽1-1内设有密封圈。
31.流体入口段10、底部封盖1-2、盖板1-3、组件实验段20、棒束、固定板2-4和顶部封盖2-5均为透明材质，便于对内部流体的观察。
32.格架、固定座、以及下端棒束5-6的底部插接部位均为不锈钢材质。
33.实施例1、本实施例以7棒束为例。
34.流体入口段10采用方形管座，其内部流道为正六边形，流道上部分较宽，下部分较窄；流体入口段10的相对两面侧壁均设有入口管口1-5，流体通过入口管口1-5流入装置。组件实验段20为上下敞口的方形套筒，其内部流道也为正六边形，流道内部为等截面；组件实验段20上端相对两面侧壁均设有出口管口2-7，以排出流体。
35.格架的外框6-1为正六边形，与组件实验段20内壁贴合连接。定位单元6-2数量为7个，其中6个定位单元6-2围绕中央的定位单元6-2设置，构成“梅花”型结构，各定位单元6-2之间、定位单元6-2与外框6-1之间固定连接。整个定位格架配合严密，结构稳定，可加强棒束的稳定性。定位单元6-2呈类三角形，三个角为向内凹陷的圆角，其复杂的“梅花”型结构可以扰动流经流体，加强流体的搅浑。
36.固定框4-1和固定板2-4均为正六边形。
37.下端棒束5-6连接在固定座上，中段棒束5-1由格架固定，上端棒束5-5由固定板2-4固定，保持棒束在流体中的稳定性。
38.顶部封盖2-5、组件实验段20、流体入口段10、底部封盖1-2均采用螺栓连接，其余内部结构均为可拆卸式拼接，方便拆卸、安装和运输。可根据实验要求，在组件实验段20侧壁合理打孔，安装压力表等检测装置，对内部流体的压降等压力特性进行研究。
39.利用本发明进行燃料组件热工水力流体特性模拟实验时，根据流体力学相似性原理，利用碘化钠溶液模拟燃料组件中重金属液体的流动。流体经入口管口1-5进入流体入口
段10，向上流动经过过滤网4-6的过滤净化后，在格架处进行搅浑，流经棒束，最后通过出口管口2-7流出。组件实验段20上端侧壁开设有排气孔1-6，初次实验需将整个装置内部用流体灌满，通过排气孔1-6排出装置内的空气，以减少流体中大量气泡对实验精度的干扰。流体入口段10、底部封盖1-2、盖板1-3、组件实验段20、棒束、固定板2-4和顶部封盖2-5均采用与碘化钠溶液折射率相同的有机玻璃透明材质，可通过配合piv系统对内部流体经行拍摄观测，对内部流体各流动特性进行检测研究。实验结束后，取下盖板1-3，直接排出装置内的全部液体，方便清洗内部。
40.本发明结构简洁，稳定性好，提高了实验的准确性。

技术特征：
1.一种燃料棒束的热工流体实验装置，包括流体入口段和组件实验段，流体入口段连接在组件实验段下端，组件实验段内设有棒束，棒束上套设有格架，其特征在于：所述格架由外框（6-1）和多个定位单元（6-2）组成，外框（6-1）贴合连接在组件实验段（20）内壁，多个定位单元（6-2）排列在外框（6-1）内且与外框（6-1）连为一体，所述棒束穿过定位单元（6-2）且卡在定位单元（6-2）内。2.根据权利要求1所述的燃料棒束的热工流体实验装置，其特征在于：所述棒束由上端棒束（5-5）、中段棒束（5-1）和下端棒束（5-6）依次插接组成。3.根据权利要求2所述的燃料棒束的热工流体实验装置，其特征在于：所述流体入口段（10）内设有固定座，所述固定座由固定框（4-1）和多个立板（4-2）组成，多个立板（4-2）平行连接于固定框（4-1）内，立板（4-2）上段设有榫端（4-4）；所述下端棒束（5-6）底部开设有插槽（5-7），插槽（5-7）上端设有榫槽（5-8），插槽（5-7）插接在立板（4-2）上且榫端（4-4）插接在榫槽（5-8）内。4.根据权利要求3所述的燃料棒束的热工流体实验装置，其特征在于：所述固定框（4-1）内侧壁开设有卡槽（4-5），所述立板（4-2）插接在卡槽（4-5）内，立板（4-2）和固定框（4-1）之间通过平键（4-3）固定。5.根据权利要求4所述的燃料棒束的热工流体实验装置，其特征在于：所述上端棒束（5-5）上套设有固定板（2-4），固定板（2-4）连接在组件实验段（20）内壁，固定板（2-4）上开设有多个定位孔（2-2），上端棒束（5-5）穿过定位孔（2-2）且卡在定位孔（2-2）内。6.根据权利要求5所述的燃料棒束的热工流体实验装置，其特征在于：所述固定框（4-1）底部设有过滤网（4-6）。7.根据权利要求6所述的燃料棒束的热工流体实验装置，其特征在于：所述过滤网（4-6）设有多个。8.根据权利要求1-7中任一项所述的燃料棒束的热工流体实验装置，其特征在于：所述流体入口段（10）侧壁设有入口管口（1-5）；所述组件实验段（20）顶部设有顶部封盖（2-5），组件实验段（20）上端侧壁设有出口管口（2-7）。9.根据权利要求8所述的燃料棒束的热工流体实验装置，其特征在于：所述流体入口段（10）底部设有底部封盖（1-2），底部封盖（1-2）上设有出水孔（1-4），出水孔（1-4）处设有可拆卸的盖板（1-3）。10.根据权利要求9所述的燃料棒束的热工流体实验装置，其特征在于：所述流体入口段（10）上端面设有密封槽（1-1），密封槽（1-1）内设有密封圈。

技术总结
本发明公开了一种燃料棒束的热工流体实验装置，属于燃料棒束实验装置领域，解决了现有实验装置中棒束的稳定性较差的问题。本发明包括流体入口段和组件实验段，流体入口段连接在组件实验段下端，组件实验段内设有棒束，棒束上套设有格架，格架由外框和多个定位单元组成，外框贴合连接在组件实验段内壁，多个定位单元排列在外框内且与外框连为一体，棒束穿过定位单元且卡在定位单元内。本发明中棒束的主体部分为一体式结构，减小了实验过程中棒束的晃动，降低棒束位移对实验的干扰；格架的外框贴合连接在组件实验段内壁，连接紧密，棒束及格架的整体性好，不仅结构简化，而且有效提升了装置的稳定性，保证实验可靠进行。保证实验可靠进行。保证实验可靠进行。


技术研发人员：石千万 顾龙 刘扬 张璐 苏兴康 王向阳 陈起健 盛鑫 李荣杰
受保护的技术使用者：兰州大学
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/9/14