張 博 徐 博 周 翀 鄒 楊 余笑寒

1（中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 上海201800）

2（中國(guó)科學(xué)院先進(jìn)核能創(chuàng)新研究院 上海201800）

3（中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京100049）

自然循環(huán)是利用閉合回路系統(tǒng)冷熱流體間的密度差所形成的浮升力驅(qū)動(dòng)流體克服流動(dòng)阻力，形成循環(huán)流動(dòng)的一種能量輸運(yùn)方式［1］。自然循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)不需要外部動(dòng)力源，因而不受外部條件的制約，對(duì)提高系統(tǒng)的固有安全性有重要意義。人們對(duì)自然循環(huán)回路在不同條件下的行為進(jìn)行了大量的研究，但大多數(shù)研究都是以水作為工作流體［2］。文獻(xiàn)［3］推導(dǎo)出了穩(wěn)態(tài)自然循環(huán)質(zhì)量流量與堆芯的1/3次方成正比；有研究利用高壓水和氟利昂為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)的自然循環(huán)實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合理論推導(dǎo)，得到了穩(wěn)態(tài)條件下自然循環(huán)回路流量與加熱功率的1/（1+m）次方成正比［4］；另外，有研究進(jìn)一步提出：自然循環(huán)系統(tǒng)中自然循環(huán)流量與加熱功率以及自然循環(huán)流量和系統(tǒng)總阻力之間分別存在關(guān)系：G～Qm和ΔP～Gq［5］。

目前對(duì)于單相穩(wěn)態(tài)自然循環(huán)的理論研究已較為充分，但自然循環(huán)流量與功率的指數(shù)主要由回路結(jié)構(gòu)及工質(zhì)決定。由于熔鹽自然循環(huán)有關(guān)的熱工水力資料在公開(kāi)文獻(xiàn)中非常缺乏，熔鹽自然循環(huán)流動(dòng)相關(guān)穩(wěn)態(tài)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系形式及指數(shù)值的范圍還不確定。進(jìn)行熔鹽自然循環(huán)特性試驗(yàn)研究對(duì)熔鹽自然循環(huán)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)具有重要意義。

本文借助硝酸鹽自然循環(huán)回路（Nitrate Natural Circulation Loop，NNCL）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)［6］開(kāi)展了兩輪熔鹽池溫度響應(yīng)實(shí)驗(yàn)和空冷塔風(fēng)速實(shí)驗(yàn)，對(duì)硝酸鹽自然循環(huán)的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行研究，并首次使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)硝酸鹽自然循環(huán)流量-功率和自然循環(huán)阻力-流量的理論解析解進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 NNCL系統(tǒng)簡(jiǎn)介

NNCL系統(tǒng)的主要設(shè)備包括熔鹽池、DHX、空冷塔、空氣-硝酸鹽換熱器（Natural Draft Air-cooled Heat Exchanger，NDHX）、風(fēng)門(mén)、膨脹罐、熔鹽注入系統(tǒng)、保護(hù)氣體系統(tǒng)等。NNCL 系統(tǒng)裝置和示意圖如圖1所示，回路的工作介質(zhì)為硝酸鹽：KNO3-NaNO2-NaNO3（53-40-7 mol%），簡(jiǎn)稱HTS鹽［7］。

NNCL系統(tǒng)中的兩個(gè)換熱器均為蛇形管式換熱器，硝酸鹽流經(jīng)管側(cè)。其中吸收熱量的DHX換熱器處于熔鹽池的熔鹽當(dāng)中，位于熔鹽池底部的加熱器通過(guò)加熱熔鹽池內(nèi)的熔鹽向整個(gè)回路傳遞熱量?？刂艱HX溫度邊界條件的方式有兩種：一是直接調(diào)節(jié)加熱器加熱功率；二是通過(guò)熔鹽池溫度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)熔鹽池的控制溫度，此時(shí)加熱器會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱功率來(lái)保持熔鹽池的溫度。根據(jù)研究熔鹽池在處于415～523 K時(shí)，熔鹽儲(chǔ)罐總熱損失功率在1～3.14 kW之間［8］，繼續(xù)提高熔鹽溫度熱損失會(huì)更大。因此本次實(shí)驗(yàn)采用熔鹽池溫度調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行工況調(diào)節(jié)，這樣可以避免由于環(huán)境溫度變化引起熔鹽池散熱變化，進(jìn)而影響DHX溫度邊界破壞熔鹽流動(dòng)狀態(tài)。進(jìn)行散熱的NDHX 通過(guò)與空冷塔內(nèi)流動(dòng)的空氣進(jìn)行換熱，改變空冷塔空氣流量的方式有兩種：一是通過(guò)調(diào)節(jié)空冷塔底部的風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，即采用強(qiáng)迫流動(dòng)的方式；二是通過(guò)調(diào)節(jié)空冷塔底部的風(fēng)門(mén)開(kāi)度，即通過(guò)空氣自然對(duì)流的非能動(dòng)方式。本次實(shí)驗(yàn)采用調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度的方式來(lái)改變空氣流量，原因是風(fēng)機(jī)通風(fēng)量過(guò)大，即使在最低頻率下的空氣流量依然能導(dǎo)致一回路熔鹽溫度的急劇下降，并且自然循環(huán)的工況需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，因此風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)空氣流量會(huì)存在安全和空氣流量試驗(yàn)范圍小的兩個(gè)問(wèn)題，因此采用控制風(fēng)門(mén)開(kāi)度的非能動(dòng)散熱方式。

圖1 NNCL系統(tǒng)裝置（a）和示意圖（b）Fig.1 Photograph(a)and schematic(b)of NNCL system

NNCL運(yùn)行原理是依靠熱段和冷段中的流體密度差所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)壓頭來(lái)實(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)。DHX 在熔鹽池吸收熱量，回路內(nèi)的熔鹽溫度升高，密度減小，熱熔鹽沿管路上升，流入散熱段。流動(dòng)的空氣在空冷塔的引導(dǎo)下，帶走散熱段中熔鹽的熱量。熔鹽在散熱段被冷卻后，密度增大，沿下降管段流回加熱段，再次從熔鹽池吸收熱量，形成循環(huán)。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯縉NCL 系統(tǒng)對(duì)單個(gè)輸入?yún)?shù)變化的瞬態(tài)響應(yīng)過(guò)程，得到不同條件下的穩(wěn)態(tài)工況熱工數(shù)據(jù)，并利用穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)理論分析得到的自然循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)解析解進(jìn)行驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)采用控制變量法進(jìn)行單因子分析，研究單個(gè)輸入?yún)?shù)的變化對(duì)系統(tǒng)的影響，并得到對(duì)應(yīng)條件下的穩(wěn)態(tài)工況數(shù)據(jù)。NNCL實(shí)驗(yàn)裝置依靠自然循環(huán)原理運(yùn)行，可以用來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工況變化的參數(shù)較少，主要靠調(diào)節(jié)熔鹽池恒溫溫度和空冷塔風(fēng)門(mén)開(kāi)度來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)主回路流動(dòng)狀態(tài)的目的。熔鹽池溫度控制：310°C、340°C、370°C；空冷塔風(fēng)門(mén)開(kāi)度：0%、25%、50%、75%、100%。

實(shí)驗(yàn)方法為：第一輪試驗(yàn)為風(fēng)速響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，即調(diào)整熔鹽池溫度為310 °C，調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度為0%，當(dāng)DHX進(jìn)出口溫度以及熔鹽流量等參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，認(rèn)為回路達(dá)到穩(wěn)態(tài)，得到一個(gè)310°C/0%的實(shí)驗(yàn)工況點(diǎn)；接下來(lái)保持熔鹽池溫度不變，調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，最終得到另一個(gè)實(shí)驗(yàn)工況點(diǎn)，當(dāng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度完成從0%、25%、50%、75%、100%時(shí)，得到310°C熔鹽池溫度下的一組實(shí)驗(yàn)工況點(diǎn)；然后分別調(diào)節(jié)熔鹽池溫度340 °C、370 °C，并依次改變風(fēng)門(mén)開(kāi)度，最終得到340°C和370°C下的兩組實(shí)驗(yàn)工況點(diǎn)。第二輪試驗(yàn)為溫度響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，即調(diào)整熔鹽池溫度為310°C，調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度為0%，當(dāng)DHX 進(jìn)出口溫度以及熔鹽流量等參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，得到一個(gè)試驗(yàn)工況點(diǎn)，然后保持風(fēng)門(mén)開(kāi)度不變，依次調(diào)節(jié)熔鹽池溫度為340 °C、370°C得到風(fēng)門(mén)開(kāi)度0%下的一組實(shí)驗(yàn)工況點(diǎn)；接下來(lái)依次調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度至25%、50%、75%、100%，并得到各個(gè)風(fēng)門(mén)開(kāi)度下不同溫度的另外四組實(shí)驗(yàn)工況點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)回路具有較大的熱慣性，采用這種實(shí)驗(yàn)方式的效率較高。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)中是否達(dá)到穩(wěn)態(tài)的判定，本次實(shí)驗(yàn)主要依靠DHX 進(jìn)出口溫度波動(dòng)不超過(guò)0.2°C，熔鹽流量波動(dòng)不超過(guò)0.01 m3·h-1，并維持穩(wěn)定狀態(tài)12 h 以上，即認(rèn)為熔鹽流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。實(shí)驗(yàn)中主要記錄的數(shù)據(jù)包括DHX 進(jìn)出口溫度、NDHX 進(jìn)出口溫度、空冷塔空氣進(jìn)出口溫度以及一回路熔鹽流量和二回路空氣流量，數(shù)據(jù)記錄和導(dǎo)出采用固定時(shí)間間隔為5 s。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 瞬態(tài)響應(yīng)過(guò)程

瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以研究熔鹽風(fēng)速和熔鹽池溫度響應(yīng)變化特性，還可以為修改后的relap5/MODE4.0程序［7］提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

圖2 為熔鹽池恒溫340°C 條件下DHX 進(jìn)出口溫度與硝酸鹽流量和主要裝置進(jìn)出口溫差風(fēng)速響應(yīng)過(guò)程。

圖2 DHX進(jìn)出口溫度與硝酸鹽流量（a）和主要裝置進(jìn)出口溫差（b）風(fēng)速響應(yīng)過(guò)程Fig.2 Trend of inlet and outlet temperature of DHX and flow rate of nitrate(a)and temperature difference of main device with wind speed

由圖2（a）可以看到，回路內(nèi)硝酸鹽溫度隨風(fēng)門(mén)開(kāi)度增大不斷下降，且響應(yīng)過(guò)程呈一種先快后慢的變化趨勢(shì)，進(jìn)了新穩(wěn)態(tài)的時(shí)間比較久，在10 h 左右；而硝酸鹽流量的變化趨勢(shì)是隨著風(fēng)門(mén)開(kāi)度增加，在幾分鐘之內(nèi)迅速驟升到新的穩(wěn)態(tài)值。由圖2（b）可以看到，DHX和NDHX硝酸鹽的進(jìn)出口溫差變化趨勢(shì)與硝酸鹽流量相似，也是在風(fēng)門(mén)開(kāi)度改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的溫差迅速驟升到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)值；另外，硝酸鹽回路的冷管段和熱管段的溫差整個(gè)過(guò)程中基本保持不變，這證明一回路內(nèi)硝酸鹽溫度在小范圍（至少60°C）波動(dòng)，管道的散熱損失基本不受其影響，熱管段的溫差值略大于冷管段，這是由于膨脹罐處于熱管段，散熱面積更大導(dǎo)致溫差更大。硝酸鹽流量和兩個(gè)換熱器的進(jìn)出口溫差出現(xiàn)驟變，是由于風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)能在一分鐘內(nèi)完成，導(dǎo)致?lián)Q熱量出現(xiàn)迅速變化。而由于硝酸鹽的熱慣性，導(dǎo)致硝酸鹽的溫度響應(yīng)變化時(shí)間較長(zhǎng)。

圖3 為風(fēng)門(mén)全開(kāi)狀態(tài)DHX 進(jìn)出口溫度與硝酸鹽流量和主要裝置進(jìn)出口溫差熔鹽池溫度響應(yīng)過(guò)程。

由圖3（a）可以看到，回路內(nèi)硝酸鹽溫度隨著熔鹽池溫度提升而提升，變化趨勢(shì)為先快后慢，整個(gè)過(guò)程緩慢，310 ℃穩(wěn)態(tài)到340 ℃穩(wěn)態(tài)和340 ℃穩(wěn)態(tài)到370 ℃穩(wěn)態(tài)的響應(yīng)過(guò)程分別為22 h 和31 h 左右；硝酸鹽流量沒(méi)有出現(xiàn)明顯變化。由圖3（b）可以看到，DHX 和NDHX 進(jìn)出口溫差的響應(yīng)變化趨勢(shì)是逐漸變化，沒(méi)有出現(xiàn)驟變的現(xiàn)象，不同穩(wěn)態(tài)工況間相應(yīng)的變化時(shí)間基本與硝酸鹽溫度變化一致；冷熱管進(jìn)出口溫差依然維持穩(wěn)定，基本不受實(shí)驗(yàn)條件的影響。熔鹽池溫度響應(yīng)時(shí)間較之風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間更長(zhǎng)，溫差變化趨勢(shì)緩慢，這是由于熔鹽熱慣性，改變?nèi)埯}池恒溫控制溫度，熔鹽池內(nèi)熔鹽上升到控制溫度需要3～5 h，回路內(nèi)的硝酸鹽受邊界溫度變化影響建立新的平衡直到穩(wěn)定，整個(gè)過(guò)程平穩(wěn)發(fā)展，所以不會(huì)出現(xiàn)硝酸鹽流量或溫差驟變的現(xiàn)象。

圖3 DHX進(jìn)出口溫度與硝酸鹽流量（a）和主要裝置進(jìn)出口溫差（b）熔鹽池溫度響應(yīng)過(guò)程Fig.3 Response process of inlet and outlet temperature of DHX and flow rate of nitrate(a)and temperature difference of main device with molten salt pool temperature

3.2 穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4（a）為不同熔鹽池溫度下對(duì)應(yīng)不同風(fēng)門(mén)開(kāi)度的DHX 出口溫度和DHX 進(jìn)出口溫差的變化情況?？梢钥吹剑谙嗤娘L(fēng)門(mén)開(kāi)度條件下，熔鹽池溫度越高，DHX 出口溫度越高，DHX 進(jìn)出口溫差也越高。這是由于熔鹽池溫度升高，增強(qiáng)了熔鹽池內(nèi)熔鹽與回路內(nèi)熔鹽的換熱。在相同熔鹽池溫度條件下，增大風(fēng)門(mén)開(kāi)度，DHX 出口溫度呈下降趨勢(shì)，而溫差呈上升趨勢(shì)。這是由于風(fēng)門(mén)開(kāi)度增大，二回路空氣流量增加，NDHX 散熱量增加，導(dǎo)致回路熔鹽溫度下降，而總換熱量的增加表現(xiàn)為進(jìn)出口溫差的增加。

圖4（b）為不同熔鹽池溫度條件下對(duì)應(yīng)不同風(fēng)門(mén)開(kāi)度的熔鹽流量的變化情況。在熔鹽池溫度相同的條件下，增大風(fēng)門(mén)開(kāi)度，熔鹽流量成上升趨勢(shì)。這與前文所述風(fēng)門(mén)開(kāi)度增大，溫差增大是一致的，即風(fēng)門(mén)開(kāi)度增大會(huì)導(dǎo)致總換熱量增加，進(jìn)而導(dǎo)致熔鹽流量和溫差增大。而在相同風(fēng)門(mén)開(kāi)度的條件下，在流速較低，對(duì)應(yīng)的風(fēng)開(kāi)度為0%和25%的兩組實(shí)驗(yàn)工況中，流量變化沒(méi)有明顯的規(guī)律，而對(duì)于另外三組實(shí)驗(yàn)工況，可以看到相同風(fēng)門(mén)開(kāi)度時(shí)，熔鹽池溫度越高，熔鹽流量越高。這是因?yàn)樵陲L(fēng)門(mén)開(kāi)度較小時(shí)，空氣流量較低，系統(tǒng)總的換熱量較小，空氣的環(huán)境溫度對(duì)總換熱量的影響比較明顯，導(dǎo)致外界因素?cái)_動(dòng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)行為產(chǎn)生較大影響，無(wú)法體現(xiàn)出流量變化的真正規(guī)律；而空氣流量大的工況，系統(tǒng)總換熱量大，環(huán)境溫度對(duì)總換熱量擾動(dòng)影響降低，因此會(huì)出現(xiàn)比較明顯的變化規(guī)律。

圖5（a）為DHX 換熱功率在不同實(shí)驗(yàn)條件下的分布情況，可以看出，在相同溫度條件下，增大風(fēng)門(mén)開(kāi)度，DHX 換熱功率呈上升趨勢(shì)；在相同風(fēng)門(mén)開(kāi)度條件下，熔鹽池恒溫溫度越高，DHX換熱功率越大；并且隨著風(fēng)門(mén)開(kāi)度的增大，熔鹽池溫度對(duì)DHX換熱功率的影響越大。圖5（b）為管道散熱功率在不同實(shí)驗(yàn)條件下的變化情況，可以看出，改變?nèi)埯}池恒溫溫度或調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，管道散熱功率基本保持不變，NNCL 系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，能夠保證系統(tǒng)管道熱損失量維持在3 kW左右。

4 理論分析與驗(yàn)證

4.1 自然循環(huán)流量與功率的特征關(guān)系

基于自然循環(huán)原理和單通道模型假設(shè)，進(jìn)行NNCL 系統(tǒng)功率-流量的穩(wěn)態(tài)解析求解。穩(wěn)態(tài)條件下，NNCL系統(tǒng)的控制方程可以表示為：

式中：G為自然循環(huán)流量；ρ0為自然循環(huán)回路參考密度；β為熱膨脹系數(shù)；ΔH為DHX換熱器與NDHX換熱器位差；ΔT為DHX 換熱器進(jìn)出口溫差；f為沿程阻力系數(shù)；g為重力加速度；L為系統(tǒng)各部分長(zhǎng)度；D為系統(tǒng)各部分水力直徑；K為局部阻力系數(shù)；A流通面積；cp為定壓比熱容；下標(biāo)i為系統(tǒng)各組成部分的標(biāo)號(hào)。

聯(lián)立式（2）和（3）得：

對(duì)于高階非齊次方程（7）可以采用擬合逼近的方法進(jìn)行求解。通過(guò)擬合逼近方法，可以嚴(yán)格證明式（7）可以化為如下冪函數(shù)［9］：

式中：s為擬合系數(shù)；s0為擬合指數(shù)。且文獻(xiàn)中已經(jīng)證明s0在（3-b）～3 之間。對(duì)于NNCL 系統(tǒng)，本次實(shí)驗(yàn)的所有工況中，兩個(gè)換熱器內(nèi)的特征雷諾數(shù)范圍為100～1 000，主管道的特征雷諾數(shù)范圍為2 000～5 000，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可以得到b的范圍為0.25～1之間。

圖4 不同溫度下DHX出口溫度與進(jìn)出口溫差（a）和流量（b）隨風(fēng)門(mén)開(kāi)度的變化Fig.4 Varition of temperature and temperature difference of DHX(a)and nitrate flow rate(b)at different operating conditions.

圖5 不同工況下DHX功率(a)與管道散熱功率(b)的變化情況Fig.5 Varition of power of DHX(a)and power of pipe(b)at different operating conditions

自然循環(huán)流量可以表示為：

根據(jù)s0和b的范圍，可知m的范圍為1/3～1/2。特征值m不是常數(shù)，它隨回路結(jié)構(gòu)、工質(zhì)及運(yùn)行工況變化，主要由回路結(jié)構(gòu)及工質(zhì)決定。

基于以上分析，對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了擬合，擬合結(jié)果為如圖6 所示，擬合式R2值為0.990 99，具有比較好的擬合結(jié)果，證明了流量與功率冪函數(shù)的關(guān)系的正確性。擬合公式如式（10）所示。

圖6 自然循環(huán)流量與加熱功率的關(guān)系Fig.6 Relation between flow rate and power

跟據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式，層流區(qū)對(duì)應(yīng)的b值為1，湍流區(qū)對(duì)應(yīng)的b值為0.25，相應(yīng)的如果一個(gè)自然循環(huán)系統(tǒng)中所有區(qū)域均為層流區(qū)指數(shù)m才會(huì)取到最大值0.5，其他情況m均小于0.5。當(dāng)一個(gè)自然循環(huán)系統(tǒng)中沿程阻力壓降中層流區(qū)占的比重越大，越靠近0.5。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的m值為0.484 39，這是由于本次實(shí)驗(yàn)中NNCL系統(tǒng)中的兩個(gè)換熱器內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)為層流，層流區(qū)的沿程阻力占NNCL 一回路系統(tǒng)內(nèi)總沿程壓降阻力的主要部分。

4.2 自然循環(huán)系統(tǒng)阻力與流量的特征關(guān)系

根據(jù)式（2）可以整理成：

結(jié)合式（7）的求解過(guò)程，同樣采用逼近擬合的方法對(duì)上式進(jìn)行求解，得到自然循環(huán)阻力與自然循環(huán)流量的解析解：

可以得到，自然循環(huán)阻力與自然循環(huán)流量存在冪函數(shù)關(guān)系，且指數(shù)為（1-m）/m。采用穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算自然循環(huán)阻力-流量的指數(shù)值，并與自然循環(huán)加熱功率-流量的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證上述分析是否可靠。

NNCL一回路系統(tǒng)總阻力與自然循環(huán)流量的擬合關(guān)系如圖7所示。擬合式R2值為0.982 24，擬合結(jié)果良好。擬合指數(shù)（1-m）/m的值為1.114 47，對(duì)應(yīng)的m值為0.472 9，與自然循環(huán)流量-功率擬合得到的m對(duì)比，相對(duì)誤差值為2.37%。擬合結(jié)果相互對(duì)比驗(yàn)證，可以證明理論分析的正確性，并且確定了NNCL系統(tǒng)的自然循環(huán)特征數(shù)m的取值在0.47～0.49之間。

圖7 自然循環(huán)流量與系統(tǒng)總阻力的關(guān)系Fig.7 Relation between flow rate and pressure of system

穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可用于對(duì)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行驗(yàn)證，檢驗(yàn)其在自然循環(huán)條件下是否仍適用于熔鹽流體，并結(jié)合理論分析對(duì)其進(jìn)行修正，為自然循環(huán)熔鹽堆熱工水力設(shè)計(jì)提供參考；穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析擬合證明熔鹽自然循環(huán)系統(tǒng)適合求解的函數(shù)關(guān)系，m值是與工作介質(zhì)與回路結(jié)構(gòu)相關(guān)的，是否適用于自然循環(huán)熔鹽堆需要進(jìn)一步研究，但是可以為前期設(shè)計(jì)提供參考。

5 結(jié)語(yǔ)

在硝酸鹽自然循環(huán)試驗(yàn)回路上，實(shí)驗(yàn)研究了硝酸鹽自然循環(huán)的特性，并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了硝酸鹽自然循環(huán)流量-功率和自然循環(huán)阻力-流量的函數(shù)關(guān)系，得到以下結(jié)論：

1）NNCL系統(tǒng)兩個(gè)換熱器進(jìn)出口溫差和硝酸鹽流量對(duì)風(fēng)速變化響應(yīng)十分迅速，響應(yīng)變化時(shí)間在10 min 以內(nèi)；換熱器進(jìn)出口溫差對(duì)熔鹽池溫度變化響應(yīng)過(guò)程緩慢，響應(yīng)變化時(shí)間在20 h以上，硝酸鹽流量無(wú)明顯變化。

2）NNCL 系統(tǒng)硝酸鹽進(jìn)出口溫差、流量和換熱功率隨風(fēng)門(mén)開(kāi)度而增大；硝酸鹽運(yùn)行的平均溫度隨風(fēng)門(mén)開(kāi)度增大而減??；管道散熱功率基本保持不變，維持在3 kW左右。

3）結(jié)合理論分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了NNCL系統(tǒng)硝酸鹽自然循環(huán)流量與DHX 換熱功率之間存在：G～Qm的關(guān)系；自然循環(huán)阻力與流量之間存在：的關(guān)系，且在本系統(tǒng)中m 的值在0.47～0.49之間。