棒束通道流動(dòng)可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，尤其涉及一種棒束通道流動(dòng)可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，涉及到的技術(shù)領(lǐng)域包括流體力學(xué)、反應(yīng)堆熱工水力學(xué)。
【背景技術(shù)】
[0002]在核能工程行業(yè)，棒束通道是堆芯的基本流道形式。對(duì)棒束通道流動(dòng)特性的掌握，有助于實(shí)現(xiàn)堆芯流量更好的分配，降低堆芯的局部熱點(diǎn)溫度，從而提升反應(yīng)堆的安全特性，因此國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)此做出了大量的研究。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究方法是壓降判別法，即由測(cè)量通道內(nèi)的壓降，來(lái)分析通道內(nèi)的阻力特性，從而對(duì)流動(dòng)特性進(jìn)行研究。但是這種方法只能通過(guò)測(cè)得的宏觀參數(shù)，進(jìn)而對(duì)棒束內(nèi)的流動(dòng)形式進(jìn)行推演，不能夠直接獲取流道內(nèi)的微觀流動(dòng)特性，例如流態(tài)、漩渦、流速分布等。然而這些微觀參數(shù)對(duì)于堆芯的設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的作用，為了對(duì)棒束流動(dòng)特性進(jìn)行精細(xì)化研究，研究者們采用了 PIV技術(shù)或LDV技術(shù)對(duì)棒束流道內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行了研究。如Conner等(Hydraulic benchmark data for PffR mixing vanegrid)在研究帶定位格架的棒束流道時(shí)采用了 PIV技術(shù)，對(duì)流道內(nèi)的速度分布進(jìn)行了測(cè)量。該文中也采用了可視化的研究方法，但是作者在試驗(yàn)中將微細(xì)的示蹤粒子與循環(huán)水直接混合在一起，無(wú)法直觀的觀察到示蹤粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需要通過(guò)特殊的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)速度場(chǎng)的重構(gòu)。Sang Yong Han 等(Measurements of the flow characteristics of the lateralflow in the 6X6rod bundles with Tandem Arrangement Vanes)在研究帶 6X6 棒束通道橫流時(shí)采用了 LDV技術(shù)就行了實(shí)驗(yàn)。由于該技術(shù)在壁面附近精確度較差，因此作者在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中采用了等比例放大的模型，而不是根據(jù)實(shí)際尺寸進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不夠直觀。而且不論是PIV還是LDV，都是通過(guò)獲取流道內(nèi)的速度場(chǎng)分布來(lái)對(duì)流道內(nèi)流動(dòng)進(jìn)行分析，且需要經(jīng)過(guò)較為復(fù)雜技術(shù)處理，不能直觀的對(duì)流道內(nèi)的混合過(guò)程進(jìn)行觀測(cè)。而且這兩種實(shí)驗(yàn)技術(shù)依賴于昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，研究成本高。因此有必要設(shè)計(jì)一種用于模擬棒束通道流動(dòng)的可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)棒束流道內(nèi)流動(dòng)特性方便、廉價(jià)、直觀的可視化研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是為了提供一種簡(jiǎn)單緊湊，價(jià)格低廉，可視化觀測(cè)方便，研究工況范圍廣的棒束通道流動(dòng)可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
[0004]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:包括水回路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、棒束通道和示蹤劑支路，所述水回路包括依次用管路連接的循環(huán)水箱、離心栗、第一閥門、第二閥門和流量計(jì)，流量計(jì)端部的管路上還設(shè)置有溫度計(jì)和壓力表，第一閥門和第二閥門之間的管路上與循環(huán)水箱之間設(shè)置有第三閥門，循環(huán)水箱中裝有循環(huán)工質(zhì)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電腦、攝像機(jī)和與電腦連接的數(shù)據(jù)采集板，所述棒束通道包括通道本體、安裝在通道本體兩個(gè)端部的法蘭、設(shè)置在通道本體內(nèi)的可視化棒束和安裝在可視化棒束上的定位格架，通道本體的上還設(shè)置有排氣閥，所述示蹤劑支路包括依次相連的示蹤劑水箱、注入栗、第四閥門和示蹤劑注入針頭，所述溫度計(jì)、壓力表和流量計(jì)都與數(shù)據(jù)采集板連接，流量計(jì)端部的管路與通道本體的入口端相連，通道本體的出口端通過(guò)管路與循環(huán)水箱連接，所述示蹤劑注入針頭插進(jìn)通道本體與可視化管束形成的空隙中。
[0005]本實(shí)用新型還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:
[0006]1.所述可視化棒束的材料的折射率與循環(huán)工質(zhì)的材料的折射率相差小于5%，所述可視化棒束的兩端用金屬棒塞住，且所述可視化棒束內(nèi)充滿水。
[0007]2.所述通道本體的材料是有機(jī)玻璃。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:1)本實(shí)用新型采用了示蹤劑的可視化方法，能夠直觀方便的對(duì)棒束通道流動(dòng)特性進(jìn)行研究；(2)采用與循環(huán)工質(zhì)折射率相近的棒束材料兩端塞上金屬材料，即能夠消除圖像畸變，又能夠增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，保證棒束直度；(3)采用注入栗注入示蹤劑，能夠準(zhǔn)確的控制注入流量，有助于精細(xì)化研究；(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，易加工。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2是本實(shí)用新型的棒束通道不意圖；
[0011]圖3是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0013]結(jié)合圖1，本實(shí)用新型包括水回路、示蹤劑支路、棒束通道和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四個(gè)部分。流動(dòng)系統(tǒng)中的主要設(shè)備包括循環(huán)水箱1、離心栗2、第一閥門3、第三閥門4、第二閥門5、流量計(jì)6、溫度計(jì)7和壓力表8，用以實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的單相循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)第一閥門3、第三閥門4、第二閥門5的開(kāi)度可以調(diào)節(jié)回路流量。示蹤劑支路主要包括示蹤劑水箱9、注入栗10、調(diào)節(jié)第四閥門11、示蹤劑注入針頭，用以提供適當(dāng)流量的示蹤劑。棒束通道主要包括通道本體13、可視化棒束14、定位格架15、排氣閥16，用以模擬反應(yīng)堆棒束通道內(nèi)的流動(dòng)。采集系統(tǒng)部分主要包括電腦17、數(shù)據(jù)采集板18和攝像機(jī)19，用以記錄實(shí)驗(yàn)圖像以及相關(guān)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)時(shí)將各部分按照?qǐng)D中所示結(jié)構(gòu)將各部分用連接，即可完成本裝置的安裝。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將回路充滿水，利用排氣閥16將回路中的空氣排出；回路中工質(zhì)在離心栗2的驅(qū)動(dòng)下循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)三個(gè)閥門3、4、5的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)回路流量。流動(dòng)工質(zhì)依次經(jīng)過(guò)流量計(jì)6、溫度表7、壓力表8后進(jìn)入棒束通道。示蹤劑存儲(chǔ)箱9中存儲(chǔ)的示蹤劑在注入栗10的驅(qū)動(dòng)下經(jīng)由注入針頭注入棒束通道，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門11調(diào)節(jié)注入流量。利用攝像機(jī)19對(duì)所觀測(cè)位置進(jìn)行拍攝，并用電腦19存儲(chǔ)拍攝圖像。
[0014]結(jié)合圖2，在本實(shí)用新型中，可視化棒束由本體13、可視化棒束14以及定位格架15構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)本體13的四壁由有機(jī)玻璃粘接而成，有助于可視化觀測(cè)；本體兩端由法蘭盤封閉，本體的拆卸方便，以利于本體內(nèi)棒束結(jié)構(gòu)的調(diào)整。可視化棒束14是采用與循環(huán)工質(zhì)折射率相近的材料做成的空心管道，可防止拍攝圖像的畸變；管道兩端用金屬棒20塞住，以增強(qiáng)棒束的強(qiáng)度。通道本體加工時(shí)，先按照所模擬棒束通道的尺寸分別加工好流道本體以及可視化棒束；再利用定位格架將棒束按照相應(yīng)的形式排列固定；然后將可視化棒束從本體兩端放入流道本體中，再將本體兩端法蘭安裝上，即可完成棒束通道的加工。
[0015]結(jié)合圖3，在本實(shí)用新型中，流量計(jì)6、溫度表7、壓力表8所采集的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集板18記錄下來(lái)，存儲(chǔ)至電腦17 ;與此同時(shí)，攝像機(jī)19拍攝的圖像也通過(guò)電腦17進(jìn)行記錄，以便于進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析。
[0016]本實(shí)用新型的棒束通道內(nèi)的棒束采用與工質(zhì)折射率相近的材料，相差不高于5%，透過(guò)棒束拍攝時(shí)不會(huì)引因?yàn)楣べ|(zhì)與棒束的強(qiáng)度以及直度。束通道兩端采用法蘭盤密封的方式，不但能夠有效防止漏水，還有利于棒束通道的拆卸，方便通道內(nèi)棒束結(jié)構(gòu)的調(diào)整。示蹤劑通過(guò)注入栗注入，能夠通過(guò)控制閥門精確控制注入示蹤劑的流量，以適應(yīng)相應(yīng)的工況。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.棒束通道流動(dòng)可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:包括水回路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、棒束通道和示蹤劑支路，所述水回路包括依次用管路連接的循環(huán)水箱、離心栗、第一閥門、第二閥門和流量計(jì)，流量計(jì)端部的管路上還設(shè)置有溫度計(jì)和壓力表，第一閥門和第二閥門之間的管路上與循環(huán)水箱之間設(shè)置有第三閥門，循環(huán)水箱中裝有循環(huán)工質(zhì)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電腦、攝像機(jī)和與電腦連接的數(shù)據(jù)采集板，所述棒束通道包括通道本體、安裝在通道本體兩個(gè)端部的法蘭、設(shè)置在通道本體內(nèi)的可視化棒束和安裝在可視化棒束上的定位格架，通道本體的上還設(shè)置有排氣閥，所述示蹤劑支路包括依次相連的示蹤劑水箱、注入栗、第四閥門和示蹤劑注入針頭，所述溫度計(jì)、壓力表和流量計(jì)都與數(shù)據(jù)采集板連接，流量計(jì)端部的管路與通道本體的入口端相連，通道本體的出口端通過(guò)管路與循環(huán)水箱連接，所述示蹤劑注入針頭插進(jìn)通道本體與可視化管束形成的空隙中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種棒束通道流動(dòng)可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述可視化棒束的材料的折射率與循環(huán)工質(zhì)的材料的折射率相差小于5 %，所述可視化棒束的兩端用金屬棒塞住，且所述可視化棒束內(nèi)充滿水。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種棒束通道流動(dòng)可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述通道本體的材料是有機(jī)玻璃。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種棒束通道流動(dòng)可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括水回路、示蹤劑支路、棒束通道和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四個(gè)部分。水回路中的主要設(shè)備包括循環(huán)水箱、離心泵、流量計(jì)、溫度計(jì)和壓力表；示蹤劑支路主要包括示蹤劑存儲(chǔ)箱、注入泵、調(diào)節(jié)閥門、示蹤劑注入針頭；棒束通道主要包括通道本體、可視化棒束、定位格架、排氣閥；采集系統(tǒng)部分主要包括電腦、數(shù)據(jù)采集板和攝像機(jī)。本實(shí)用新型可以模擬反應(yīng)堆棒束通道中的單相流動(dòng)，從而對(duì)棒束通道流動(dòng)特性進(jìn)行可視化研究，系統(tǒng)簡(jiǎn)單緊湊，價(jià)格低廉，可視化觀測(cè)方便，研究工況范圍廣。
【IPC分類】G01N11/00
【公開(kāi)號(hào)】CN204831962
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520469031
【發(fā)明人】譚思超, 王嘯宇, 王瑞奇, 米爭(zhēng)鵬, 李興, 趙婷杰
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年7月2日