多流道輻照裝置各流道流量分配測量

史寶磊+張愛民+馬勇哲

【摘 要】本文利用堆外試驗回路開展輻照裝置進行流量測量試驗，通過同等工況下，輻照裝置兩側的壓差相等則流經輻照裝置的流量相等的原理進行流量測量，分別采取措施堵住輻照裝置的各流道，然后測量各流道在額定壓差下的流量。最終為輻照裝置入堆提供數據支持。

【關鍵詞】壓差；流量測量；輻照裝置

0 引言

輻照裝置是一種放入研究堆中進行輻照試驗，用來進行同位素生產的一套裝置。由于放入研究堆中，不能影響研究堆的安全，設計要求非常嚴格。在輻照試驗過程中，輻照裝置需要有合適的流道結構，使得冷卻劑等充分的帶走本身所產生的熱量。根據設計任務要求，在裝置設計完成后，需要進行堆外驗證試驗，對結構的設計合理性進行驗證。

本文利用一套等尺寸的模擬輻照莊子在堆外試驗回路進行試驗，來進行結構驗證。

1 試驗設施簡介

堆外水力試驗設施包括兩個部分：一部分為水力試驗回路，另一部分為模擬堆內水冷同位素孔道結構尺寸的試驗段。

1.1 堆外水力試驗回路

堆外水力試驗回路可為輻照裝置提供試驗所需的介質流量、溫度及壓力等條件。回路系統主要參數見表1。

水力試驗回路主要由主泵、穩壓罐、熱交換器、閥門等設備及管道組成。穩壓罐壓力由氮氣瓶提供。通過主閥門和旁路閥可調節回路流量。回路安裝有流量、壓力測量儀表及溫度傳感器，通過工控機監測回路運行參數。試驗回路示意圖見圖1。

1.2 試驗段

堆外試驗段主要模擬輻照裝置在堆內水冷同位素孔道中的部分。試驗段長約2m，內徑與孔道內管尺寸相同（Φ70mm），其組成主要包括：上端蓋、外套筒、下端蓋、進出水管、密封圈、模擬輻照裝置等。試驗段示意圖見圖2。試驗段的設計參數見表2。

2 驗證試驗內容

2.1 試驗參數

堆外驗證試驗回路參數見表2。

2.2 輻照裝置壓降測量試驗

水力試驗回路的冷卻劑溫度、回路壓力、水質參數應滿足表1所規定的要求，分別測量25%、50%、75%、100%、125%及150%額定流量情況下，輻照裝置造成的壓降。此壓降數值作為各流道流量分配試驗壓降參考。

2.3 輻照裝置各流道流量分配試驗

水力試驗回路冷卻劑溫度、回路壓力、水質參數應滿足表1所規定的要求，參照2.2節中測出的額定流量下的壓降，分別測量50%、75%、100%、125%及150%額定流量壓差下，流經輻照裝置的中心孔、內流道、外流道和屏蔽管外間隙的冷卻劑流量。

3 結果及分析

3.1 壓降測量

設定水力試驗回路冷卻劑壓力為額定值，調節回路流量，使流量值分別為輻照裝置的額定流量值的20%～120%，同時測量相應流量下輻照裝置的壓降。

試驗從最大流量開始，逐漸減少到最小流量，然后再從最小流量逐漸增加到最大流量。試驗回路流量的實際調節范圍為0.6～12.4m3/h，輻照裝置壓降的測量結果見圖3。

結果分析：

1）從圖3中看出，兩組壓降的測量數據符合的非常好，最大偏差在1%以內，試驗測量的數據重復性好；

2）在設計流量7 m3/h條件下，流體流經輻照輻照裝置產生的壓降為15.4±1.0kPa。

3.2 輻照裝置各流道流量分配試驗

設定水力試驗回路冷卻劑壓力為額定值，通過更換模擬靶件下端頭的形式，分別堵住靶件的間隙、內或外流道，調節試驗回路流量，并測量靶件的壓降值達到15.4kPa時的靶件內、外流道的流量。間隙、內、外流道流量與壓降的關系見圖4。

結果分析：

1）從圖4中可以看出，在相同壓降的條件下，外流道流量比內流道流量大；相同流量下，內流道產生的壓降大于外流道的壓降。與內外流道的流量相比間隙中的流量很小。

2）在設計流量7 m3/h情況下，內流道的流量測量結果為3.52m3/h，內流道的流量測量結果為3.27m3/h，間隙的流量測量結果為0.86 m3/h，內外流道的熱工設計計算結果為3.63 m3/h 和3.01 m3/h，理論值與試驗值的最大偏差在10%以內。間隙的熱工設計計算結果為0.43 m3/h，與測量結果相差較大，是由于設計計算中孔道的內徑為Φ70，然而沖刷試驗試驗段孔道的直徑為Φ70.3，經過推算，試驗段孔道為Φ70時，間隙的流量應為0.57 m3/h。

3.3 水力沖刷試驗

利用堆外試驗回路模擬裝置在輻照時的流量、溫度及壓力條件，對輻照莊子進行75天（100%的輻照時間）的穩定性沖刷試驗。在試驗的第20天及75天時，停止回路運行將輻照裝置從試驗段中取出，對輻照裝置結構進行檢查，分別檢查模擬輻照裝置各部件變形及松動情況。

結果分析：經過75天的沖刷試驗，未發現輻照裝置結構發生變形和松動情況，輻照裝置結構保持完整。

4 結論

通過分析可以看出，在額定流量下，輻照裝置的流阻為15.4±1.0kPa。并通過試驗測量出了個流道的流量，與計算結果對比可知，誤差在10%以內。測量結果是準確，可信的。為輻照裝置入堆試驗提供了準確的數據支持。另外，沖刷試驗表明輻照裝置的設計是穩定可靠的，不會出現松動、磨損的現象。

【參考文獻】

[1]于平安，朱瑞安，等.核反應堆熱工分析[M].上海交通大學出版社，2002，2.

[2]周雪漪，張兆琪.工程流體力學[M].清華大學水力學教研組，1986.

[責任編輯：楊玉潔]