(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111596804.9 (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 华北电力大 学 地址 102206 北京市昌平区北农路2号 华北 电力大学 (72)发明人 陆道纲　于宗玉　王汉　张钰浩　 刘璐　 (74)专利代理 机构 北京天达知识产权代理事务 所(普通合伙) 11386 代理人 程虹 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种池式液金属态反应堆试验系统设计方 法及装置 (57)摘要 本发明涉及一种池式液态金属反应堆试验 系统设计方法及装置， 属于 反应堆热工水力学领 域， 解决了现有技术中传热分析方法误差大的问 题。 该设计方法包括： 基于几何相似条件和热端 边界条件一致， 确定试验装置气腔空间尺寸和结 构材料物性参数； 在几何相似的基础上， 确定气 腔空间氩气压强， 气隙尺寸、 保温材料厚度和堆 顶通风参数， 保证传热过程的热流密度和热阻相 等， 得到与反应堆原型一致的温度场。 本发明实 现了试验系统缩与原型的温度场一致， 为传热特 性与反应堆一致的试验系统的建立提供依据和 支持。 权利要求书2页 说明书20页 附图1页 CN 114254517 A 2022.03.29 CN 114254517 A 1.一种池式液态金属反应堆试验系统设计方法， 其特 征在于， 所述设计方法包括: 基于几何相似条件和热端边界条件一致， 确定试验系统气腔空间尺寸和结构材料物性 参数； 在几何相似的基础上， 确定气腔空间氩气压强， 气隙尺寸、 保温材料厚度和堆顶通风参 数， 保证各传热 过程的热流密度和热阻相等， 得到与反应堆原型一 致的温度场。 2.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述基于几何相似条件和热端边界条 件相似， 确定试验 装置气腔空间尺寸和结构材 料物性参数中： 基于几何相似条件， 以气腔空间的尺寸为基准进行1： L的缩比， 其中L为大于1的任意 数； 所述氩气空间的尺寸 为锥形顶盖的内径和氩气空间的高度。 3.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述基于几何相似条件和热端边界条 件相似， 确定试验 装置气腔空间尺寸和结构材 料物性参数中： 所述热端为试验工质， 所述试验工质为液态金属钠； 采用与反应堆原型物性 参数相同的试验工质， 保证热端边界条件一 致； 所述原型物性 参数包括温度、 辐射发射 率、 导热系数、 热膨胀系数和密度。 4.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述基于几何相似条件和热端边界条 件相似， 确定试验 装置气腔空间尺寸和结构材 料物性参数中： 所述结构材料包括锥形顶盖、 贯穿支承件的材料； 所述物性参数包括表面粗糙度、 导热 系数、 热膨胀系数和角系数； 所述角系数包括 贯穿设备支承、 锥形顶盖金属层内壁 面的角系数； 保证气腔空间内的辐射传热 热流密度一 致， 由辐射换 热引起的温升与原型一 致。 5.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述在几何相似的基础上， 确定气腔 空间氩气 压强， 气隙尺寸、 保温材料厚度和堆顶 通风参数， 保证传热过程的热流密度和热阻 相等， 保证得到与反应堆原型一 致的温度场中： 控制气腔空间氩气压强以改变氩气粘度， 通过氩气粘度补偿几何尺寸缩比对温度场的 影响， 保证温度场一 致性； 所述试验系统的氩气粘度与反应堆原型的氩气粘度关系满足： 式中： L‑缩比值； vm‑试验系统的气体运动粘度； vp‑反应堆原型的气体运动粘度。 6.根据权利要求5所述的设计方法， 其特征在于， 所述在几何相似的基础上， 确定气腔 空间氩气 压强， 气隙尺寸、 保温材料厚度和堆顶 通风参数， 保证传热过程的热流密度和热阻 相等， 保证得到与反应堆原型一 致的温度场中： 所述气隙包括贯穿设备支承与接管之间的间隙、 旋塞保护套与旋塞支撑颈之间的间 隙， 所述气隙尺寸与气腔空间等比例缩比， 保证温度场一 致性。 7.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述在几何相似的基础上， 确定气腔 空间氩气 压强， 气隙尺寸、 保温材料厚度和堆顶 通风参数， 保证传热过程的热流密度和热阻权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114254517 A 2相等， 保证得到与反应堆原型一 致的温度场中： 所述试验 装置的保温材 料层与原型的保温材 料层关系满足： 式中： δ1‑原型顶盖的金属层的厚度； λ1‑原型顶盖的金属层导热系数； δ2‑原型顶盖 外覆保温材 料的厚度； λ2‑原型顶盖 外覆保温材 料导热系数； L′ ‑原型顶盖金属层与试验系统金属层的缩比； δ′2‑试验系统顶盖 外覆保温材 料的厚度。 上角标′ ‑试验系统的各项物性 参数。 8.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 所述在几何相似的基础上， 确定气腔 空间氩气 压强， 气隙尺寸、 保温材料厚度和堆顶 通风参数， 保证传热过程的热流密度和热阻 相等， 保证得到与反应堆原型一 致的温度场中： 所述堆顶通风参数满足： 所述试验系统的通风风速为反应堆原型的通风风速的L‑0.25 倍， 所述试验系统的通 风量为反应堆原型的通 风量的L‑2.25倍。 9.一种池式液态金属反应堆试验装置， 其特征在于， 采用权利要求1 ‑8所述的设计方法 得到， 包括： 顶部开口的壳体、 设于壳体的开口处的顶盖以及气腔供气压力可调的惰性气体加载 器， 所述壳体与 顶盖构成的内部空间分为试验工质容置空间以及位于试验工质容置空间上 方的气腔； 顶盖的顶部设有开口， 在顶盖的顶部的开口处设有旋转屏蔽塞以及套设于旋转 屏蔽塞外壁的旋塞保护套， 旋转屏蔽塞与旋塞保护套之间具有气体间隙； 至少两个贯 穿支承件， 所述顶盖与贯 穿支承件固定连接； 以及套设于贯 穿支承件外壁的保温件。 10.根据权利要求9所述的试验 装置， 其特 征在于， 还 包括： 设于试验工质容置空间内的试验工质液面处的液面温度热流密度测量仪； 设于顶盖的内表面的对流热流密度测量仪、 设于顶盖的内部的辐射热流密度测量仪 和/或设于气腔内部的气体热流密度测量仪 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114254517 A 3