多流道辐照装置各流道流量分配测量

史宝磊+张爱民+马勇哲

【摘 要】本文利用堆外试验回路开展辐照装置进行流量测量试验，通过同等工况下，辐照装置两侧的压差相等则流经辐照装置的流量相等的原理进行流量测量，分别采取措施堵住辐照装置的各流道，然后测量各流道在额定压差下的流量。最终为辐照装置入堆提供数据支持。

【关键词】压差；流量测量；辐照装置

0 引言

辐照装置是一种放入研究堆中进行辐照试验，用来进行同位素生产的一套装置。由于放入研究堆中，不能影响研究堆的安全，设计要求非常严格。在辐照试验过程中，辐照装置需要有合适的流道结构，使得冷却剂等充分的带走本身所产生的热量。根据设计任务要求，在装置设计完成后，需要进行堆外验证试验，对结构的设计合理性进行验证。

本文利用一套等尺寸的模拟辐照庄子在堆外试验回路进行试验，来进行结构验证。

1 试验设施简介

堆外水力试验设施包括两个部分：一部分为水力试验回路，另一部分为模拟堆内水冷同位素孔道结构尺寸的试验段。

1.1 堆外水力试验回路

堆外水力试验回路可为辐照装置提供试验所需的介质流量、温度及压力等条件。回路系统主要参数见表1。

水力试验回路主要由主泵、稳压罐、热交换器、阀门等设备及管道组成。稳压罐压力由氮气瓶提供。通过主阀门和旁路阀可调节回路流量。回路安装有流量、压力测量仪表及温度传感器，通过工控机监测回路运行参数。试验回路示意图见图1。

1.2 试验段

堆外试验段主要模拟辐照装置在堆内水冷同位素孔道中的部分。试验段长约2m，内径与孔道内管尺寸相同（Φ70mm），其组成主要包括：上端盖、外套筒、下端盖、进出水管、密封圈、模拟辐照装置等。试验段示意图见图2。试验段的设计参数见表2。

2 验证试验内容

2.1 试验参数

堆外验证试验回路参数见表2。

2.2 辐照装置压降测量试验

水力试验回路的冷却剂温度、回路压力、水质参数应满足表1所规定的要求，分别测量25%、50%、75%、100%、125%及150%额定流量情况下，辐照装置造成的压降。此压降数值作为各流道流量分配试验压降参考。

2.3 辐照装置各流道流量分配试验

水力试验回路冷却剂温度、回路压力、水质参数应满足表1所规定的要求，参照2.2节中测出的额定流量下的压降，分别测量50%、75%、100%、125%及150%额定流量压差下，流经辐照装置的中心孔、内流道、外流道和屏蔽管外间隙的冷却剂流量。

3 结果及分析

3.1 压降测量

设定水力试验回路冷却剂压力为额定值，调节回路流量，使流量值分别为辐照装置的额定流量值的20%～120%，同时测量相应流量下辐照装置的压降。

试验从最大流量开始，逐渐减少到最小流量，然后再从最小流量逐渐增加到最大流量。试验回路流量的实际调节范围为0.6～12.4m3/h，辐照装置压降的测量结果见图3。

结果分析：

1）从图3中看出，两组压降的测量数据符合的非常好，最大偏差在1%以内，试验测量的数据重复性好；

2）在设计流量7 m3/h条件下，流体流经辐照辐照装置产生的压降为15.4±1.0kPa。

3.2 辐照装置各流道流量分配试验

设定水力试验回路冷却剂压力为额定值，通过更换模拟靶件下端头的形式，分别堵住靶件的间隙、内或外流道，调节试验回路流量，并测量靶件的压降值达到15.4kPa时的靶件内、外流道的流量。间隙、内、外流道流量与压降的关系见图4。

结果分析：

1）从图4中可以看出，在相同压降的条件下，外流道流量比内流道流量大；相同流量下，内流道产生的压降大于外流道的压降。与内外流道的流量相比间隙中的流量很小。

2）在设计流量7 m3/h情况下，内流道的流量测量结果为3.52m3/h，内流道的流量测量结果为3.27m3/h，间隙的流量测量结果为0.86 m3/h，内外流道的热工设计计算结果为3.63 m3/h 和3.01 m3/h，理论值与试验值的最大偏差在10%以内。间隙的热工设计计算结果为0.43 m3/h，与测量结果相差较大，是由于设计计算中孔道的内径为Φ70，然而冲刷试验试验段孔道的直径为Φ70.3，经过推算，试验段孔道为Φ70时，间隙的流量应为0.57 m3/h。

3.3 水力冲刷试验

利用堆外试验回路模拟装置在辐照时的流量、温度及压力条件，对辐照庄子进行75天（100%的辐照时间）的稳定性冲刷试验。在试验的第20天及75天时，停止回路运行将辐照装置从试验段中取出，对辐照装置结构进行检查，分别检查模拟辐照装置各部件变形及松动情况。

结果分析：经过75天的冲刷试验，未发现辐照装置结构发生变形和松动情况，辐照装置结构保持完整。

4 结论

通过分析可以看出，在额定流量下，辐照装置的流阻为15.4±1.0kPa。并通过试验测量出了个流道的流量，与计算结果对比可知，误差在10%以内。测量结果是准确，可信的。为辐照装置入堆试验提供了准确的数据支持。另外，冲刷试验表明辐照装置的设计是稳定可靠的，不会出现松动、磨损的现象。

【参考文献】

[1]于平安，朱瑞安，等.核反应堆热工分析[M].上海交通大学出版社，2002，2.

[2]周雪漪，张兆琪.工程流体力学[M].清华大学水力学教研组，1986.

[责任编辑：杨玉洁]