热管技术在核反应堆中的应用研究

摘要

随着经济的快速发展，能源需求不断增加，核能的利用将成为我国能源发展重要组成部分。为了确保核反应堆的安全，尤其是核反应堆发生故障堆芯温度迅速升高时，要及时把核反应中产生的热量传递出去。热管是一种高效传热元件，随着热管技术的成熟发展，其在核电工程中应用越来越广泛。热管工作温度范围是由其工质决定的，要对工质热性进行研究。
　　根据核反应堆一回路出口工作温度在300℃左右，选择工作温度范围在200℃～500℃的工质。根据在此温度范围内可选用工质特性的比较，确定选用钠钾合金（其中钾的质量分数为55％）作为热管的工质，并对其热特性进行研究。
　　钠钾合金热特性研究建立的实验系统包括三部分:装有钠钾合金的容器、电加热炉及温度测量系统。电加热炉在前期的工作中已完成设计，本论文完成容器设计、温度测量方法研究、测温仪准确性研究及钠钾合金热特性测试研究。
　　通过对目前国内外钠钾合金热特性的研究，工质、管壳材料和吸液芯材料设计原则及容器尺寸的设计要求，在此基础上完成了容器的选材、焊接、检漏、清洗、真空除气、钠钾合金充装过程。测温装置中采用精度不同的测温电桥Microk400和Guildline6622A。在前期工作中完成电加热炉设计的基础上，装有钠钾合金的容器以及测温装置完成了两套不同精度的实验系统搭建。
　　测温装置包括标准铂电阻温度计和高精度测温电桥，标准铂电阻温度计测量值准确有效和高精度电桥正常工作时测量结果能够真实有效的反映钠钾合金的热特性。基于水三相点这一最重要、最准确、最易于使用的温度标准进行测温仪精确性研究。
　　电加热炉设置温度是由温度控制仪控制的，大量应用研究结果表明PID控制算法发展成熟并在温度控制仪中广泛使用。温度控制仪通过编程实现对电加热炉的温度控制，在此基础上自整定得到PID参数实现温度的稳定控制。当自整定得到的PID参数不合适时，通过手动调整获得合适的参数。
　　实验测试了两套实验系统钠钾合金在200℃～500℃温区内的热特性参数。实验结果表明:在200℃～500℃温区内，钠钾合金在3个小时内的稳定性优于8mK，0～5cm垂直温场的均匀性优于40mK;在200℃和400℃时，1号实验系统能够在较长的时间内保持温场的稳定;2号实验系统能够在短时间内快速稳定下来，且保持温场稳定;关于300℃和500℃时两套实验系统钠钾合金热特性参数的比较研究，需要继续进行实验获得。
　　以上实验结果表明:钠钾合金在200℃～500℃有良好的稳定性和均匀性，为以钠钾合金为工质的热管在核反应堆中的应用提供了基础数据。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 课题来源

1．2 课题研究的背景及意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本章小结

第2章 实验系统搭建

2．1 钠钾合金热特性研究系统介绍

2．2 实验容器的设计

2．2．1 工质的选择

2．2．2 管壳材料的选择

2．2．3 吸液芯的选择

2．2．4 容器的结构尺寸设计

2．3 容器制造及工质充装

2．3．1 容器制造

2．3．2 工质的充装

2．3．3 容器的密封

2．4 电加热炉介绍

2．5 实验系统的建立

2．6 本章小结

第3章 测温仪准确性研究

3．1 水三相点

3．2 水三相点复现

3．2．1 水三相点容器

3．2．2 水三相点容器的冻制

3．3 标准铂电阻温度计校准

3．3．1 测量装置及过程

3．3．2 测量结果及分析

3．4 本章小结

第4章 温控仪算法研究

4．1 PID控制介绍

4．2 温控仪PID参数对实验结果的影响

4．3 PID参数调整

4．4 本章小结

第5章 钠钾合金热特性实验研究

5．1 实验方法介绍

5．1．1 单探针测量法

5．1．2 双探针测量法

5．2 实验测试及结果分析

5．2．1 温度控制仪器PID参数设置

5．2．2 钠钾合金温场稳定性测试及结果分析

5．2．3 钠钾合金温场均匀性测试及结果分析

5．2．4 两个实验系统测试结果比较

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果