熔盐堆非能动余热排出系统换热元件传热特性研究

发布时间：2020-10-30 03:56

【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TL426
【部分图文】：

第2章实验装置及实验方法13从图2.1实验系统示意图可以看出，该实验装置主要由盐浴炉、换热元件、汽包、冷凝器、数据采集系统及相应的管路和仪表组成。整个实验系统可以细分为加热系统、换热元件、汽包及管路系统、冷凝系统以及测量系统。该系统是一个闭式的自然循环系统，在运行的过程中压力稍高于大气压。加热系统是由盐浴炉和相应的电表线路组成，用来模拟排盐罐中高温熔盐的温度场；换热元件是一个由三层圆管组成的套管型结构的换热元件，主要包括外层套管、中间套管和中心进水管；汽包及管路系统包括一个圆柱形的汽包、上升蒸汽管道、凝结水管道以及连接各系统部件的管道和阀门；冷凝器主要是由9根B30的换热管组成，用来冷却系统中的蒸汽；测量系统中包括温度、压力与流量的测量装置，并通过数据采集系统记录下各种实验参数的信号。另外，在实验前对整个实验回路都进行了保温包覆，可以认为换热元件所吸收的热量全部用被冷却水吸收。实验装置如图2.2所示，其中照片为实验台未包覆保温材料之前的照片，可以更加清晰明了地看到实验装置的结构。图2.2实验装置实物图2.1.1加热系统本文主要研究的是熔盐堆非能动余热导出系统中换热元件的传热特性，为更好地模

第2章实验装置及实验方法15冷凝水箱套管式传热元件熔盐炉汽包电磁流量计涡街流量计换热元件外层套管熔盐装料孔换热元件外层套管固定板盐浴坩埚(a)(b)图2.3实验系统三维模型图如图2.3(a)所示即为实验台系统三维模型，下方的柱状筒体即为熔盐炉，熔盐炉是湖北武汉市亚华公司定制的一款电炉，具有数字控制系统，能够实现定温加热、定功率加热，还能以自定义的功率曲线实现自主变功率加热，能够真实模拟熔盐堆停堆后燃料盐的发热功率逐渐降低的情况。如图2.3(b)所示为熔盐炉中的坩埚以及换热元件定位板，外层套管直接与换热元件定位板相连，在实验台组装时首先把换热元件定位板的位置固定好，然后将熔盐炉炉盖在熔盐炉上，再将中心管与中间套管组件插进外层套管中，实现熔盐炉套管式换热元件的组装。2.1.2换热元件本文中使用的套管型换热元件参照了ORNL设计的在熔盐堆余热导出系统中使用到的套管型换热元件。套管型换热元件是一种三层结构，最外层管与熔盐直接接触，最外层管与中间管之间为空气层，中间套管与中心管之间是由中心管流入的经加热后的两相流体，中心管中为单相流体。三层管相互嵌套在一起。空气层的存在可以有效起到隔热的作用，此外，双层套管对于保证冷却水回路的完整性也是至关重要的，这种双层套

哈尔滨工程大学硕士学位论文20造成破坏甚至破坏内部热电偶，我们将热电偶在焊接位置加了一个小的保护套，使得保护套直接与焊料以及外层套管外壁相接触，尽最大可能保护热电偶不受破坏。而对于焊接方式的选择上，传统的电熔焊接的方式无法满足我们实验的需要，因为我们采用的热电偶直径3mm，而且质地较硬，有一定的焊接难度，这里我们选择使用银铅焊的方法将热电偶保护套焊接在换热元件外层套管外壁上面。K型-铠装热电偶键槽焊点XY11mm1mm外层套管中间套管K-型铠装热电偶焊点图2.7焊接方法原理图（A）实验中采用焊接方法（B）传统焊接方法在本次实验中尤其注重对中间套管外壁温度的采集，由于这一个参数对于数据处理中换热系数的计算的影响很大，为了得到更高的温度采集精度，在本实验中我们将管子沿着管子轴向削出数个键槽。键槽以及焊点的照片展示在图2.7(A)中，这些键槽的尺寸为5cm长，2mm宽，0.5mm深，直径0.3mm的铠装的K-型热电偶通过银铅焊被埋在键槽之中。这种焊接方法可以有效避免由于测量壁温值比真实壁温值稍高而引起的温度测量不准确现象。由于在换热元件的中间套管与外层套管之间，有一层空气层，在空气层一侧是与高温熔盐相接触的外层套管，在空气层另一侧则是与冷却水相直接接触的中间套管，空气层中间的温度梯度很大。如图2.7(B)所示，在传统的电容焊的方法中，热电偶被在沿着径向方向垂直焊在管壁上，即使焊接的很好，也会存在大概1mm的热电偶是垂直于管壁的。当熔盐温度处于700°C时，在中间套管与外层套管之间便会有500°C左右的温度梯度，图中位置X附近的空气温度便会比位置Y附近的空气温度稍高。然而，位置X处的热电偶的温度与位置Y处焊点的温度将会非常接近，导致直接焊在壁面处的焊点的温度测量值
【引证文献】

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1 黄婉珏;373MW熔盐堆排盐罐非能动余热排出系统换热元件设计与优化研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所);2019年

本文编号：2861951