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热管失效对高温热管管束及基体影响实验研究

王锦源 李潘潇 王成龙 张泽秦 田文喜 秋穗正 苏光辉

王锦源, 李潘潇, 王成龙, 张泽秦, 田文喜, 秋穗正, 苏光辉. 热管失效对高温热管管束及基体影响实验研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(6): 254-262. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0254
引用本文: 王锦源, 李潘潇, 王成龙, 张泽秦, 田文喜, 秋穗正, 苏光辉. 热管失效对高温热管管束及基体影响实验研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(6): 254-262. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0254
Wang Jinyuan, Li Panxiao, Wang Chenglong, Zhang Zeqin, Tian Wenxi, Qiu Suizheng, Su Guanghui. Experimental Study on the Impact of Heat Pipe Failure on High-Temperature Heat Pipe Bundles and Matrix[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(6): 254-262. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0254
Citation: Wang Jinyuan, Li Panxiao, Wang Chenglong, Zhang Zeqin, Tian Wenxi, Qiu Suizheng, Su Guanghui. Experimental Study on the Impact of Heat Pipe Failure on High-Temperature Heat Pipe Bundles and Matrix[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(6): 254-262. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0254

热管失效对高温热管管束及基体影响实验研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0254
基金项目: 国家自然科学基金(U2067208)
详细信息
    作者简介:

    王锦源(2000—),男,硕士研究生,现主要从事高温热管及热管堆方面的研究,E-mail: 2196514517@stu.xjtu.edu.cn

    通讯作者:

    王成龙,E-mail: chlwang@mail.xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL41

Experimental Study on the Impact of Heat Pipe Failure on High-Temperature Heat Pipe Bundles and Matrix

  • 摘要: 为了验证小型热管反应堆的可行性,本研究设计了一种高温热管管束的实验装置。该实验装置通过拔出热管模拟热管失效,由电加热棒模拟堆芯燃料棒,用以探究热管失效对热管管束、燃料棒及堆芯基体的影响。实验发现:热管失效带来的最直接影响是堆芯基体局部温度突升,在功率4.2 kW下,单管失效时附近基体温度平均上升约70℃,双管失效时附近基体温度平均上升约120℃;单管失效对其余正常热管影响较小,正常热管蒸发段平均温升15℃,双管失效时,与失效热管相邻的燃料元件平均温升约66℃。本文获得的热管失效下的高温热管管束实验数据可为热管堆的建模仿真提供数据支持。

     

  • 图  1  高温热管管束失效实验平台

    Figure  1.  Experimental Platform for High-temperature Heat Pipe Bundle Failure

    图  2  冷却套管结构示意图

    Figure  2.  Schematic Diagram of Cooling Sleeve Structure

    图  3  堆芯模拟基体结构示意图

    黑点表示热电偶的分布位置;其余未标注圆形均为电加热棒

    Figure  3.  Schematic Diagram of the Matrix Structure for Core Simulation

    图  4  堆芯模拟基体实物图

    Figure  4.  Photo of the Matrix for Core Simulation

    图  5  热管管束实物图

    Figure  5.  Photo of the Heat Pipe Bundle

    图  6  沿热管轴向方向的高温热管热电偶测点位置

    HPX-n为热电偶具体测点位置,其中X—热管编号;n—热电偶编号,n=1, 2, 3, 4, 5, 6

    Figure  6.  Thermocouple Measurement Points on the Heat Pipe along the Axial Direction

    图  7  热管管束实验装置横截面上热电偶位置及标签图

    HP—热管;JR1、JR2—布置有热电偶的加热棒,其余黄色圆圈代表未布置热电偶的加热棒;JC—基体侧面;JH1—HP1、JR1、JR2三者圆心连线所构三角形的外心(外接圆的圆心);JH2—HP1、HP2、HP7三者圆心连线所构三角形的外心;①、②、③、④处均为热电偶所在位置

    Figure  7.  Thermocouple Locations and Labels on Cross Section of Heat Pipe Bundle Experimental Device

    图  8  重复性实验对比图

    编号规则为XXA-B-C,其中XX为对象,A为对象编号,B为周向测点编号(*代表该处无周向区分),C为轴向编号;YYD-E,其中YY为对象,D为对象编号,E为轴向编号;ZZF,其中ZZ为对象,F为对象编号

    Figure  8.  Comparison of Repeatability Experiments

    图  9  1号热管附近基体平均温度及平均温升

    Figure  9.  Average Matrix Temperature and Temperature Rise in the Vicinity of HP1

    图  10  2号热管附近基体平均温度及平均温升

    Figure  10.  Average Matrix Temperature and Temperature Rise in the Vicinity of HP2

    图  11  功率4.2 kW下1号热管各测点温度时间曲线

    Figure  11.  Temperature Curves of each Measurement Point of HP1 at 4.2 kW

    图  12  功率4.2 kW下2号热管各测点温度时间曲线

    Figure  12.  Temperature Curves of Each Measurement Point of HP2 at 4.2 kW

    图  13  正常热管附近基体平均温度及平均温升

    Figure  13.  Average Matrix Temperature and Temperature Rise in the Vicinity of Normal Heat Pipes

    图  14  功率4.2 kW下各正常热管温度时间曲线

    Figure  14.  Temperature Curves of Each Measurement Point of Normal Heat Pipes at 4.2 kW

    图  15  1号加热棒附近基体平均温度及平均温升

    Figure  15.  Average Matrix Temperature and Temperature Rise in the Vicinity of JR1

    图  16  2号加热棒附近基体平均温度及平均温升

    Figure  16.  Average Matrix Temperature and Temperature Rise in the Vicinity of JR2

    图  17  功率4.2 kW下加热棒温度时间曲线及阶梯功率方案

    Figure  17.  Temperature-Time Curves of Heating Rod at 4.2 kW and Step Power Scheme

    图  18  功率4.2 kW下基体温度时间曲线

    Figure  18.  Temperature-Time Curves of Matrix at 4.2 kW

    图  19  功率4.2 kW下冷却水进出口温度时间曲线

    Figure  19.  Temperature-Time Curves of Cooling Water Inlet and Outlet at 4.2 kW

    表  1  堆芯模拟基体具体参数

    Table  1.   Parameters of the the Matrix for Core Simulation

    参数名参数值
    加热棒数量30
    加热棒直径/mm17.5
    热管数量7
    热管直径/mm20
    棒间距/mm23.75
    失效热管数量1~2
    基体高度/mm300
    基体内切圆直径/mm151
    下载: 导出CSV

    表  2  高温热管具体参数

    Table  2.   Parameters of High-temperature Heat Pipes

    参数名 参数值
    工质质量/g 28.5
    蒸发段长度/mm 300
    绝热段长度/mm 400
    冷凝段长度/mm 300
    丝网目数 400
    丝网厚度/mm 2
    热管外直径/mm 20
    热管管壁壁厚/mm 2
    下载: 导出CSV

    表  3  高温热管管束失效实验工况

    Table  3.   Experimental Conditions of High-temperature Heat Pipe Bundle for Heat Pipe Failure

    工况加热功率/kW冷却条件
    稳态实验正常运行3.5/4.2/6.0水冷
    单管失效3.5/4.2/6.0水冷
    双管失效3.5/4.2/6.0水冷
    启动实验正常启动3.5/4.2/6.0水冷
    单管失效启动4.2水冷
    瞬态实验正常运行-单管失效-
    双管失效-急停
    3.5/4.2/6.0水冷
    正常运行-冷却
    水失流-急停
    4.2水冷-冷却水停流
    重复性实验瞬态单管失效4.2水冷
    瞬态双管失效4.2水冷
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-07-04
  • 修回日期:  2024-08-29
  • 刊出日期:  2024-12-17

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