一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括：流體信息測(cè)量模塊，用于測(cè)量主管和射管上游流體的溫度和流速信息；函數(shù)建立模塊，用于建立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速比關(guān)系的第一函數(shù)，與主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)；內(nèi)壁面溫度計(jì)算模塊，用于接收流體信息測(cè)量模塊測(cè)量的主管和射管上游流體的溫度和流速信息，調(diào)用函數(shù)建立模塊建立的第一函數(shù)和第二函數(shù)，計(jì)算獲得內(nèi)壁面溫度。本發(fā)明通過(guò)分析主管和射管之間不同流速比值下流體的相互作用影響，構(gòu)造主管、射管流速比與某點(diǎn)內(nèi)壁溫度的函數(shù)建立模塊，在獲取主管和射管的流速及流體信息后，求解其內(nèi)壁溫度信息。
【專利說(shuō)明】
一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及三通結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息監(jiān)測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于核電站的三通 構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在反應(yīng)堆安注系統(tǒng)和化學(xué)容積控制系統(tǒng)中存在上充管嘴等三通構(gòu)件，這些構(gòu)件的 射流分別以45°或90°傾角入射主流。入射流體和主流體之間的劇烈混合以及紊流射流之間 較大的瞬態(tài)溫差使得構(gòu)件和流體之間的換熱十分劇烈，進(jìn)而使構(gòu)件頻繁承受熱沖擊，引起 金屬管壁的溫度在徑向、軸向、周向的不均勻分布，產(chǎn)生熱應(yīng)力誘發(fā)熱疲勞現(xiàn)象。在實(shí)際工 程中為避免管道出現(xiàn)熱疲勞失效，需要對(duì)易疲勞敏感區(qū)域進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)。作為熱疲勞 監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，首先需要了解上述部件中發(fā)生不同流體溫度和速度攪混時(shí)的金屬管壁溫度溫 度場(chǎng)的變化規(guī)律。
[0003] 當(dāng)流體流速較高時(shí)，在合流處冷熱流體便開(kāi)始充分?jǐn)嚮?，攪混區(qū)域的流體溫度發(fā) 生劇烈變化，從而引發(fā)該區(qū)域或下游管道熱疲勞，形成熱沖擊，如圖1所示。當(dāng)流體流速較低 時(shí)，由于水不同溫度下的密度不同及重力作用影響，在合流處水平段會(huì)先形成冷熱流體的 分層，經(jīng)過(guò)一段距離后才會(huì)發(fā)生完全攪混，如圖2所示?？梢?jiàn)，主管和射管流速不同時(shí)，對(duì)攪 渾區(qū)及管道下游的影響也不盡相同。
[0004] 在現(xiàn)有技術(shù)中，美國(guó)EPRI開(kāi)發(fā)的FatiguePro系統(tǒng)是目前應(yīng)用較廣的疲勞監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)，如圖3所示。
[0005] 基于電廠現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行在線疲勞監(jiān)測(cè)，雖然可以降低工程建設(shè)成本，也可以減少 維修成本，但是其存在一些較為明顯的技術(shù)缺陷：
[0006] -、應(yīng)用范圍受限
[0007] 1)、核電廠一般一個(gè)回路只有6個(gè)測(cè)溫元件，僅依靠其6個(gè)溫度數(shù)據(jù)很難有效兼顧 輔助管道與主管道冷熱交匯的區(qū)域，例如安全注入系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、波動(dòng)管等；
[0008] 2)、現(xiàn)有的方法是基于已有的電廠瞬態(tài)信息，并在數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找與之匹配的溫度 信息，但在發(fā)生不可預(yù)計(jì)的擾動(dòng)或事件時(shí)，原傳遞函數(shù)的準(zhǔn)確性將下降甚至完全失效；
[0009] 3)、對(duì)于非EPRI現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)中的堆型（例如堆芯、工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化），若之前 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有與之匹配的模型，則該方法基本不適用，需重新建立數(shù)學(xué)模型及與之 對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)。
[0010]二、溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性及準(zhǔn)確性欠佳
[0011] 1)、一回路現(xiàn)有測(cè)溫元件一般采用熱電阻，相對(duì)熱電偶，其響應(yīng)時(shí)間較差；
[0012] 2)、一般情況下，很難確認(rèn)射管內(nèi)流體的溫度信息，將導(dǎo)致傳遞函數(shù)法的準(zhǔn)確性下 降；
[0013] 3)、一回路測(cè)溫點(diǎn)與敏感區(qū)域需求點(diǎn)之間，若還存在其他三通接口、節(jié)流孔板、閥 門(mén)等，也同樣導(dǎo)致傳遞函數(shù)的準(zhǔn)確性下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，提供一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面 溫度測(cè)量系統(tǒng)及方法，通過(guò)分析主管和射管之間不同流速比值下流體的相互作用影響，構(gòu) 造主管、射管流速比與某點(diǎn)內(nèi)壁溫度的函數(shù)建立模塊，在獲取主管和射管的流速及流體信 息后，根據(jù)不同敏感區(qū)域的函數(shù)建立模塊，求解其內(nèi)壁溫度信息。
[0015] 本發(fā)明就上述技術(shù)問(wèn)題而提出的技術(shù)方案如下：
[0016]本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)，該三通構(gòu)件包括主管和與 所述主管交匯的射管，并包括：
[0017] 流體信息測(cè)量模塊:用于測(cè)量所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息；
[0018] 函數(shù)建立模塊：用于建立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速 比關(guān)系的第一函數(shù)，與主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)；
[0019] 內(nèi)壁面溫度計(jì)算模塊:分別與流體信息測(cè)量模塊，函數(shù)建立模塊連接，用于接收流 體信息測(cè)量模塊測(cè)量的所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息，調(diào)用函數(shù)建立模塊建 立的第一函數(shù)和第二函數(shù)，計(jì)算獲得所述內(nèi)壁面溫度。
[0020] 在本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)中，所述流體信息測(cè)量模 塊包括：
[0021] 溫度測(cè)量模塊，用于測(cè)量主管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體溫度T。和射 管的流體溫度Ti;
[0022] 流速測(cè)量模塊，用于測(cè)量主管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管入口流速V。和射管 入口流速Vi。
[0023] 在本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)中，所述函數(shù)建立模塊包 括：
[0024] 無(wú)量綱溫度計(jì)算單元，用于基于主管入口流速V。和射管入口流速1數(shù)值，計(jì)算流速 比VR，結(jié)合CFD數(shù)值計(jì)算獲得對(duì)應(yīng)的無(wú)量綱溫度m。
[0025] 在本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)中，所述三通構(gòu)件內(nèi)壁面 無(wú)量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速比關(guān)系的第一函數(shù)為：
[0026] m= φ XVR,
[0027] 其中，Φ為各疲勞敏感點(diǎn)的傳遞函數(shù);VR = Vi/V。。
[0028] 在本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)中，所述主管流體溫度、 射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)為：
[0030] 其中，T為三通構(gòu)件內(nèi)某點(diǎn)的內(nèi)壁面溫度。
[0031] 在本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)中，所述流速測(cè)量模塊包 括：
[0032] 超聲波流量計(jì)，布置在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)，用于測(cè) 量主管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管入口流速V。和射管入口流速Vi。
[0033] 在本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)中，所述溫度測(cè)量模塊包 括：
[0034] 熱電偶，布置在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)，用于測(cè)量主 管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體溫度T。和射管的流體溫度1\。
[0035] 在本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)中，所述內(nèi)壁面溫度計(jì)算 豐吳塊包括：
[0036]控制容積法計(jì)算單元，用于采用控制容積法，基于三通構(gòu)件外壁上的節(jié)點(diǎn)溫度，中 間層的節(jié)點(diǎn)溫度，內(nèi)壁上的節(jié)點(diǎn)溫度，計(jì)算獲得三通構(gòu)件對(duì)應(yīng)點(diǎn)的內(nèi)壁溫度信息。
[0037]本發(fā)明還相應(yīng)地提出用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量方法，包括以下步 驟：
[0038] S1、分別獲取所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息；
[0039] S2、分別建立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射流速比關(guān)系的第一 函數(shù)，與主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)；
[0040] S3、根據(jù)所述主管和射管流速信息結(jié)合第一函數(shù)，計(jì)算獲得所述內(nèi)壁面無(wú)量綱溫 度；
[0041] 根據(jù)所述主管和射管上游流體的溫度、所述內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度和第二函數(shù)計(jì)算獲 得所述內(nèi)壁面溫度。
[0042]由于在本發(fā)明方案中，用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)包括:流體信 息測(cè)量模塊，用于測(cè)量所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息；函數(shù)建立模塊，用于建 立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速比關(guān)系的第一函數(shù)，與主管流體 溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)；內(nèi)壁面溫度計(jì)算模塊，分別與流體信息 測(cè)量模塊，函數(shù)建立模塊連接，用于接收流體信息測(cè)量模塊測(cè)量的所述主管和射管上游流 體的溫度和流速信息，調(diào)用函數(shù)建立模塊建立的第一函數(shù)和第二函數(shù)，計(jì)算獲得所述內(nèi)壁 面溫度。本發(fā)明的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)及方法可以在不破壞一回路管道結(jié)構(gòu)的前 提下相對(duì)準(zhǔn)確地獲知管道內(nèi)壁面溫度分布信息，為疲勞評(píng)估的熱應(yīng)力計(jì)算提供數(shù)據(jù)輸入， 本發(fā)明的技術(shù)方案基于CFD技術(shù)建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)的函數(shù)建立模塊，只需獲取主、射管道的溫度及 流量信息即可計(jì)算內(nèi)壁面溫度，可適用于電廠不同工況，包括非預(yù)期的異常工況，也同樣適 用于工藝系統(tǒng)改造升級(jí)或改造引起的瞬態(tài)變化。
【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1為冷熱流體在三通結(jié)構(gòu)處高速交匯示意圖；
[0044] 圖2為冷熱流體在三通結(jié)構(gòu)處低速交匯示意圖；
[0045] 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的FatiguePro系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集示意圖；
[0046] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框 圖；
[0047] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)的另一種 結(jié)構(gòu)框圖；
[0048]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量方法流程圖； [0049]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量方法的另一種 流程圖；
[0050] 圖8本發(fā)明實(shí)施例提供的用于核電站的三通結(jié)構(gòu)主管、射管流量、溫度測(cè)量示意 圖；
[0051] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量方法中的控制 容積法原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)及方法，可 應(yīng)用于核電、火電、石油化工廠等存在冷熱水交匯三通結(jié)構(gòu)區(qū)域，間接獲取三通攪渾區(qū)內(nèi)壁 面溫度分布信息，為熱疲勞分析提供輸入數(shù)據(jù)，也可以用作三通結(jié)構(gòu)的上游管道閘閥、截止 閥等泄漏與否的輔助判斷工具。
[0053]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)及方法，該三通構(gòu)件包括 主管和與所述主管交匯的射管，三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)包括:流體信息測(cè)量模塊1， 用于測(cè)量所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息；函數(shù)建立模塊2，用于建立三通構(gòu)件 內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速比關(guān)系的第一函數(shù)，與主管流體溫度、射管流 體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)；內(nèi)壁面溫度計(jì)算模塊3,分別與流體信息測(cè)量模塊， 函數(shù)建立模塊連接，用于接收流體信息測(cè)量模塊測(cè)量的所述主管和射管上游流體的溫度和 流速信息，調(diào)用函數(shù)建立模塊建立的第一函數(shù)和第二函數(shù)，計(jì)算獲得所述內(nèi)壁面溫度。 [0054]可見(jiàn)，本發(fā)明方案通過(guò)分析主管和射管之間不同流速比值下流體的相互作用影 響，構(gòu)造主管、射管流速比與某點(diǎn)內(nèi)壁溫度的函數(shù)建立模塊，在獲取主管和射管的流速及流 體信息后，根據(jù)不同敏感區(qū)域的函數(shù)建立模塊，求解其內(nèi)壁溫度信息?？梢栽诓黄茐囊换芈?管道結(jié)構(gòu)的前提下相對(duì)準(zhǔn)確地獲知管道內(nèi)壁面溫度分布信息，為疲勞評(píng)估的熱應(yīng)力計(jì)算提 供數(shù)據(jù)輸入，并采用被測(cè)區(qū)域附近的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為輸入信息，準(zhǔn)確性相對(duì)提高，本發(fā)明方案 基于CH)技術(shù)建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)的函數(shù)建立模塊，只需獲取主、射管道的溫度及流量信息即可計(jì)算 內(nèi)壁面溫度，可適用于電廠不同工況，包括非預(yù)期的異常工況，也同樣適用于工藝系統(tǒng)改造 升級(jí)或改造引起的瞬態(tài)變化。
[0055]為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖以及具體的實(shí)施方式對(duì)上 述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對(duì)本申請(qǐng) 技術(shù)方案的詳細(xì)的說(shuō)明，而不是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本發(fā)明實(shí)施 例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。
[0056]請(qǐng)參考圖4,本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系 統(tǒng)，包括：
[0057]流體信息測(cè)量模塊1:用于測(cè)量所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息。
[0058]進(jìn)一步的，如圖5所示，本發(fā)明的流體信息測(cè)量模塊1包括：
[0059] 溫度測(cè)量模塊11，用于測(cè)量主管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體溫度T。和 射管的流體溫度Ti;
[0060] 流速測(cè)量模塊12,用于測(cè)量主管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管入口流速V。和射 管入口流速Vi。
[0061 ]函數(shù)建立模塊2:用于建立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速 比關(guān)系的第一函數(shù)，與主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)。對(duì)于橫 向射流，PiVi/PoV。是射流和主流的動(dòng)量通量比，代表單位時(shí)間、單位面積上射流的動(dòng)量和主 流的動(dòng)量比值。若射流與主流采用同一種流體，無(wú)密度差，此時(shí)，流速比相同意味射流與主 流的動(dòng)量通量比相同，等價(jià)于射流與主流間相互作用的情況相同，即在流速比相同而主支 管流速不同時(shí)，三通構(gòu)件內(nèi)的流動(dòng)情況差異較少，此為函數(shù)建立模塊的理論基礎(chǔ)。
[0062] 內(nèi)壁面溫度計(jì)算模塊3:分別與流體信息測(cè)量模塊1，函數(shù)建立模塊2連接，用于接 收流體信息測(cè)量模塊1測(cè)量的所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息，調(diào)用函數(shù)建立 模塊2建立的第一函數(shù)和第二函數(shù)，計(jì)算獲得所述內(nèi)壁面溫度。
[0063] 進(jìn)一步，請(qǐng)參考圖5,所述函數(shù)建立模塊2包括：
[0064] 無(wú)量綱溫度計(jì)算單元21，用于基于主管入口流速V。和射管入口流速1數(shù)值，計(jì)算流 速比VR，結(jié)合CFD數(shù)值計(jì)算獲得對(duì)應(yīng)的無(wú)量綱溫度m。
[0065] 對(duì)近壁面溫度變化定量分析，采用主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān) 系的第二函數(shù)來(lái)表示:T=m(Ti-T Q)+TQ，也即：
(1)
[0067]式中：
[0068] T--三通構(gòu)件內(nèi)某點(diǎn)的內(nèi)壁面溫度，K;
[0069] To--主管流體溫度，K;
[0070] Ti--射流管流體溫度，K。
[0071] 當(dāng)m為0時(shí)，近壁面處溫度與主管來(lái)流溫度相同，壁面沒(méi)有受到熱沖擊;m為1時(shí)，近 壁面處溫度與射流管流體溫度相同，壁面受到的熱沖擊最大，由此引起的熱應(yīng)力也就越高。 [0072]在具體實(shí)施過(guò)程中，所述三通構(gòu)件內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速 比關(guān)系的第一函數(shù)為：
[0074]式中，
[0075] ￥1?:流速比定義為￥1? = ￥^。；
[0076] Vi--射管入口流速，m/s;
[0077] V〇--主管入口流速，m/s;
[0078] Φ一一各疲勞敏感點(diǎn)的傳遞函數(shù)。
[0079] 進(jìn)一步，請(qǐng)參考圖5和圖8,流速測(cè)量模塊11包括：
[0080] 超聲波流量計(jì)80,布置在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)，用于 測(cè)量主管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管入口流速V。和射管入口流速1。若主管或射管上游 直管段區(qū)域存在流量傳感器，且該流量傳感器至三通攪渾區(qū)之間不存在影響流場(chǎng)穩(wěn)定性的 其他因素(例如存在其他三通結(jié)構(gòu)或節(jié)流孔板等），則直接調(diào)用該流量(流速)信號(hào)而不再設(shè) 置流量計(jì);若主管、射管上游無(wú)法獲取流體流速信號(hào)，則在攪渾區(qū)上游5D~10D(D代表管徑） 管道外側(cè)各布置一對(duì)時(shí)差式超聲波流量計(jì)80，在線實(shí)時(shí)測(cè)量流體流速信息。
[0081] 進(jìn)一步，請(qǐng)參考圖5和圖8,溫度測(cè)量模塊12包括：
[0082]熱電偶90,布置在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)，用于測(cè)量主 管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體溫度T。和射管的流體溫度。若主管或射管上游直 管段區(qū)域存在溫度傳感器，且該流溫度傳感器至三通攪渾區(qū)之間不存在影響流場(chǎng)穩(wěn)定性的 其他因素(例如存在其他三通結(jié)構(gòu)或熱分層現(xiàn)象等），則直接調(diào)用該溫度信號(hào)而不再設(shè)置溫 度傳感器;若主管、射管上游無(wú)法獲取流體溫度信號(hào)，則在攪渾區(qū)上游5D~10D(D代表管徑） 管道外側(cè)各布置一圈熱電偶90,采用控制容積法求解管道對(duì)應(yīng)點(diǎn)的內(nèi)壁溫度信息。
[0083]在具體實(shí)施過(guò)程中，獲取主管、射管上游5D~10D(D代表管徑）相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處流 體的溫度(T。和Ti)及流速(V。和Vi)信息；
[0084] 計(jì)算流速比VR = Vi/V。，結(jié)合CFD數(shù)值計(jì)算得到的某點(diǎn)的m-VR曲線，得到其對(duì)應(yīng)的無(wú)
量綱溫度值。
[0085] 根據(jù) ·及已經(jīng)獲知主管和射管的流體溫度^和!^，計(jì)算得到某點(diǎn)的內(nèi)壁面 溫度值T。
[0086] 進(jìn)一步，請(qǐng)參考圖5和圖9，內(nèi)壁面溫度計(jì)算模塊3包括：
[0087]控制容積法計(jì)算單元31，用于采用控制容積法，基于三通構(gòu)件外壁上的節(jié)點(diǎn)溫度， 中間層的節(jié)點(diǎn)溫度，內(nèi)壁上的節(jié)點(diǎn)溫度，計(jì)算獲得三通構(gòu)件對(duì)應(yīng)點(diǎn)的內(nèi)壁溫度信息。
[0088]進(jìn)一步，所述控制容積法如下：
[0089] 溫度分布取決于徑向方向的三個(gè)節(jié)點(diǎn)：外壁上的節(jié)點(diǎn)，中間層的節(jié)點(diǎn)，內(nèi)壁上的節(jié) 點(diǎn)。該方法的特點(diǎn)在于，為了確定[1][4]的溫度分布，需要測(cè)量[3][1]、[3][2]、[3][3]、[3]
[4] 、[3][5]、[3][6]、[3][7]的溫度。節(jié)點(diǎn)[3][1]、[3][2]、[3][3]、[3][4]、[3][5]、[3][6]、
[3] [7]位于容易測(cè)量的外壁，通過(guò)安裝熱電偶來(lái)測(cè)量溫度。根據(jù)邊界條件，可以知道q[3]
[1]、9[3][2]、(1[3][3]、(1[3][4]、(1[3][5]、(1[3][6]、(1[3][7]均為0，其中(1[3][1]、(1[3][2] 等分別代表環(huán)境與外壁之間的換熱量。為了確定包括內(nèi)表面在內(nèi)的整個(gè)橫截面的溫度分 布，采用了逆空間推進(jìn)的方法。在外表面區(qū)域采用控制容積法，列能量守恒方程。
[0090] 對(duì)于1'[1][4]，首先構(gòu)建節(jié)點(diǎn)[3][3]的體積單位時(shí)間的熱量變化與[3][2]的體積 單位時(shí)間的熱量變化、[2][3]的體積單位時(shí)間向[3][3]傳遞的熱量、[3][4]的體積單位時(shí) 間向[3][3]傳遞的熱量以及外界對(duì)外壁節(jié)點(diǎn)[3][3]傳遞的熱量的能量守恒等式；
[0091] 構(gòu)建節(jié)點(diǎn)[3] [4]的體積單位時(shí)間的熱量變化與節(jié)點(diǎn)[3][3]的體積單位時(shí)間的熱 量變化、節(jié)點(diǎn)[2] [4]的體積單位時(shí)間向節(jié)點(diǎn)[3][4]傳遞的熱量、節(jié)點(diǎn)[3][5]的體積單位時(shí) 間向節(jié)點(diǎn)[3][4]傳遞的熱量以及外界對(duì)外壁節(jié)點(diǎn)[3][4]傳遞的熱量的能量守恒等式； [0092]同理構(gòu)建節(jié)點(diǎn)[3][5]的能量守恒等式；
[0093]其中，節(jié)點(diǎn)[3] [3]、節(jié)點(diǎn)[3][4]以及節(jié)點(diǎn)[3] [5]各自的體積單位時(shí)間的熱量變化 由熱能公式Q = cm Δ t即可推導(dǎo)出來(lái);傳遞的熱量由傅里葉公式可得。
[0094]通過(guò)構(gòu)建的能量守恒等式得到 1'[2][3]、1'[2][4]、1'[2][5]關(guān)于1'[3][2]、1'[3][3]、 T[3][4]、T[3][5]的表達(dá)式。
[0095] 然后，構(gòu)建節(jié)點(diǎn)[2][4]的體積單位時(shí)間的熱量變化與節(jié)點(diǎn)[2][3]的體積單位時(shí)間 向節(jié)點(diǎn)[2][4]傳遞的熱量、節(jié)點(diǎn)[3][4]的體積單位時(shí)間向節(jié)點(diǎn)[2][4]傳遞的熱量、節(jié)點(diǎn)[2]
[5] 的體積單位時(shí)間向節(jié)點(diǎn)[2][4]傳遞的熱量以及[1][4]的體積單位時(shí)間向[2][4]的能量 守恒等式。
[0096] 由此，推導(dǎo)出T[l][4]:
[0098] 式中，
[0099] T一一某點(diǎn)的溫度值；
[0100] r一一三通構(gòu)件管道外壁、中間層以及內(nèi)壁至三通構(gòu)件管道軸線的距離；
[0101] Δγ一一管道外壁與內(nèi)壁距離的一半；
[0102] α--管道材料的熱擴(kuò)散率；
[0103] Ψ--角度；
[0104] q--外界對(duì)外壁傳遞的熱量；
[0105] t--時(shí)間參數(shù)。
[0106] 其他 1'[1][1]、1'[1][2]、1'[1][3]、1'[1][5]、1'[1][6]、1'[1][7]內(nèi)壁面點(diǎn)的溫度可以 同樣方法推導(dǎo)得到。
[0107] 具體的，根據(jù)CFD數(shù)值模擬計(jì)算得到的所需測(cè)點(diǎn)的溫度值(包括內(nèi)壁溫度、中間層 溫度和外壁溫度），通過(guò)公式（1)即
計(jì)算出不同流速比下的無(wú)量綱溫度，然后采用 Origin軟件按照計(jì)算得到的數(shù)據(jù)擬合公式，得到對(duì)應(yīng)的函數(shù)建立模塊。即所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的函 數(shù)建立模塊在系統(tǒng)運(yùn)行前需通過(guò)數(shù)值的方法計(jì)算函數(shù)建立模塊，與FatiguePro系統(tǒng)的本質(zhì) 區(qū)別如下：
[0108] (1)用于數(shù)值計(jì)算的數(shù)據(jù)源為附近區(qū)域?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)，更為準(zhǔn)確；
[0109] (2)該函數(shù)建立模塊通用性較好，可以適用主、射管道不同流速比攪渾引起的瞬 態(tài)，包括設(shè)計(jì)瞬態(tài)，擾動(dòng)及其他異常工況；
[0110] (3)因不同流速造成的三通內(nèi)部攪渾區(qū)域差異較大，可根據(jù)需要設(shè)置不同的監(jiān)測(cè) 點(diǎn)，盡可能布置在焊縫等薄弱區(qū)域。
[0111] 需要指出的是，本實(shí)施例中根據(jù)
及已經(jīng)獲知主管和射管的流體溫度T。和 ，計(jì)算得到某點(diǎn)的內(nèi)壁面溫度值T，必要時(shí)可以采用實(shí)驗(yàn)方法予以驗(yàn)證。另外，文中的CFD (computational fluid dynamics)為計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)。
[0112] 基于同一發(fā)明構(gòu)思，請(qǐng)參考圖6,本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種用于核電站的三通構(gòu) 件內(nèi)壁面溫度測(cè)量方法，包括以下步驟：
[0113] S1、分別獲取所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息；
[0114] S2、分別建立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射流速比關(guān)系的第一 函數(shù)，與主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)；
[0115] S3、根據(jù)所述主管和射管流速信息結(jié)合第一函數(shù)，計(jì)算獲得所述內(nèi)壁面無(wú)量綱溫 度；
[0116] 根據(jù)所述主管和射管上游流體的溫度、所述內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度和第二函數(shù)計(jì)算獲 得所述內(nèi)壁面溫度。
[0117] 在具體實(shí)施過(guò)程中，請(qǐng)參考圖7,三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量方法的步驟S1包括子步 驟：
[0118] S11、測(cè)量主管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體流速(To)和射管的流體流速 (Ti)；
[0119] S12、測(cè)量主管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管入口溫度(V。)和射管入口溫度(Vi)。
[0120] 所述步驟S2包括子步驟：
[0121] S21、基于主管入口流速(V。)和射管入口流速(Vi)數(shù)值，計(jì)算流速比(VR)，結(jié)合CFD 數(shù)值計(jì)算獲得對(duì)應(yīng)的無(wú)量綱溫度(m)。
[0122] 所述步驟S3包括子步驟：
[0123] S31、采用控制容積法，基于三通構(gòu)件外壁上的節(jié)點(diǎn)溫度，中間層的節(jié)點(diǎn)溫度，內(nèi)壁 上的節(jié)點(diǎn)溫度，計(jì)算獲得三通構(gòu)件對(duì)應(yīng)點(diǎn)的內(nèi)壁溫度信息。
[0124] 根據(jù)上面的描述，上述三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量方法應(yīng)用于上述三通構(gòu)件內(nèi)壁面 溫度測(cè)量系統(tǒng)，所以，該方法的實(shí)施原理在上述系統(tǒng)中得到體現(xiàn)，在此就不再一一贅述了。
[0125] 總而言之，本發(fā)明方案可以在不破壞一回路管道結(jié)構(gòu)的前提下相對(duì)準(zhǔn)確地獲知三 通構(gòu)件管道中冷熱流體攪渾區(qū)域的內(nèi)壁面溫度分布信息，為疲勞評(píng)估的熱應(yīng)力計(jì)算提供數(shù) 據(jù)輸入，采用被測(cè)區(qū)域附近的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為輸入信息，準(zhǔn)確性相對(duì)提高;基于CH)技術(shù)建立 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的函數(shù)建立模塊，只需獲取主、射管道的溫度及流量信息即可計(jì)算內(nèi)壁面溫度，可適 用于電廠不同工況，包括非預(yù)期的異常工況，也同意適用于工藝系統(tǒng)改造升級(jí)或改造引起 的瞬態(tài)變化，另外，在上游主、射管道因運(yùn)行需要采用閘閥或截止閥等截流時(shí)，工具管道內(nèi) 部溫度的變化，作為上游管道閥門(mén)（閘閥、截止閥)泄漏定性判斷的輔助工具。
[0126] 本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)及方法通過(guò)在主、射管道上 游布置熱電偶和流量計(jì)分別在線獲取管道的外壁和內(nèi)部的流體流速信息，作為三通攪渾區(qū) 內(nèi)壁面溫度分析的數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性相對(duì)提高;通過(guò)在管道外部布置若干熱電 偶，采用控制容積法，在不破壞主管道結(jié)構(gòu)的前提下，反演主、射管道的穩(wěn)定段的內(nèi)壁面溫 度信息;基于動(dòng)量和能量守恒定律，結(jié)合在流速比相同而主支管流速不同時(shí)，三通構(gòu)件內(nèi)的 流動(dòng)情況差異較少的工程經(jīng)驗(yàn)，提出建立主、射管流速比VR和無(wú)量綱溫度m之間的函數(shù)建立 模塊，對(duì)多因素耦合問(wèn)題進(jìn)行解耦，簡(jiǎn)化工程計(jì)算；不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置不同的函數(shù)建立模 塊，可適用于不同的工況，包括非預(yù)期的異常瞬態(tài);本發(fā)明不但可用于新電廠實(shí)施，同樣可 用于舊電廠改造升級(jí)。
[0127] 盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造 性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例做出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu) 選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0128] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)，該三通構(gòu)件包括主管和與所述主 管交匯的射管，其特征在于，包括： 流體信息測(cè)量模塊:用于測(cè)量所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息； 函數(shù)建立模塊：用于建立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速比關(guān) 系的第一函數(shù)，與主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)； 內(nèi)壁面溫度計(jì)算模塊:分別與流體信息測(cè)量模塊，函數(shù)建立模塊連接，用于接收流體信 息測(cè)量模塊測(cè)量的所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息，調(diào)用函數(shù)建立模塊建立的 第一函數(shù)和第二函數(shù)，計(jì)算獲得所述內(nèi)壁面溫度。2. 如權(quán)利要求1所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述 流體信息測(cè)量模塊包括： 溫度測(cè)量模塊，用于測(cè)量主管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體溫度(T。)和射管的 流體溫度(Ti); 流速測(cè)量模塊，用于測(cè)量主管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管入口流速(V。)和射管入口 流速(Vi)。3. 如權(quán)利要求2所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述 函數(shù)建立模塊包括： 無(wú)量綱溫度計(jì)算單元，用于基于主管入口流速(V。)和射管入口流速(I)數(shù)值，計(jì)算流速 比(VR)，結(jié)合CFD數(shù)值計(jì)算獲得對(duì)應(yīng)的無(wú)量綱溫度(m)。4. 如權(quán)利要求3所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述 三通構(gòu)件內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速比關(guān)系的第一函數(shù)為： m= Φ XVR， 其中，Φ為各疲勞敏感點(diǎn)的傳遞函數(shù);VR為三通構(gòu)件的主、射管流速比，VR=Vi/V。。5. 如權(quán)利要求4所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述 主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)為： T=m(Ti_To)+To， 其中，T為三通構(gòu)件內(nèi)某點(diǎn)的內(nèi)壁面溫度。6. 如權(quán)利要求2或3所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于， 所述流速測(cè)量模塊包括： 超聲波流量計(jì)，布置在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)，用于測(cè)量主 管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管入口流速(V。)和射管入口流速(Vi)。7. 如權(quán)利要求2或3所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于， 所述溫度測(cè)量模塊包括： 熱電偶，布置在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)，用于測(cè)量主管、射 管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體溫度(T。)和射管的流體溫度(1\)。8. 如權(quán)利要求1所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述 內(nèi)壁面溫度計(jì)算模塊包括： 控制容積法計(jì)算單元，用于采用控制容積法，基于三通構(gòu)件外壁上的節(jié)點(diǎn)溫度，中間層 的節(jié)點(diǎn)溫度，內(nèi)壁上的節(jié)點(diǎn)溫度，計(jì)算獲得三通構(gòu)件對(duì)應(yīng)點(diǎn)的內(nèi)壁溫度信息。9. 一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量方法，該三通構(gòu)件包括主管和與所述主 管交匯的射管，其特征在于，包括以下步驟： 51、 分別獲取所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息； 52、 分別建立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射流速比關(guān)系的第一函數(shù)， 與主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)； 53、 根據(jù)所述主管和射管流速信息結(jié)合第一函數(shù)，計(jì)算獲得所述內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度； 根據(jù)所述主管和射管上游流體的溫度、所述內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度和第二函數(shù)計(jì)算獲得所 述內(nèi)壁面溫度。10. 如權(quán)利要求9所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量方法，其特征在于，所 述步驟S1包括子步驟： SI 1、測(cè)量主管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體流速(T。)和射管的流體流速(Ti); S12、測(cè)量主管、射管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管入口溫度(V。)和射管入口溫度(Vi)。11. 如權(quán)利要求10所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量方法，其特征在于，所 述步驟S2包括子步驟： S21、基于主管入口流速(V。)和射管入口流速(Vi)數(shù)值，計(jì)算流速比(VR)，結(jié)合CH)數(shù)值 計(jì)算獲得對(duì)應(yīng)的無(wú)量綱溫度(m)。12. 如權(quán)利要求11所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量方法，其特征在于，所 述步驟S2中： 所述三通構(gòu)件內(nèi)壁面無(wú)量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速比關(guān)系的第一函數(shù)為： m= Φ XVR 其中，Φ為各疲勞敏感點(diǎn)的傳遞函數(shù);VR為三通構(gòu)件的主、射管流速比，VR=Vi/V。； 所述主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)為： T=mX(Ti-T0)+T〇 其中，T為三通構(gòu)件內(nèi)某點(diǎn)的內(nèi)壁面溫度。13. 如權(quán)利要求10或11所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量方法，其特征在 于，所述步驟S11包括： 在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)布置超聲波流量計(jì)，測(cè)量主管、射 管上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管入口流速(V。)和射管入口流速(Vi)。14. 如權(quán)利要求10或11所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量方法，其特征在 于，所述步驟S12包括： 54、 在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)布置熱電偶，測(cè)量主管、射管 上游相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體溫度(T。)和射管的流體溫度(1\)。15. 如權(quán)利要求9所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測(cè)量方法，其特征在于，所 述步驟S3包括子步驟： S31、采用控制容積法，基于三通構(gòu)件外壁上的節(jié)點(diǎn)溫度，中間層的節(jié)點(diǎn)溫度，內(nèi)壁上的 節(jié)點(diǎn)溫度，計(jì)算獲得三通構(gòu)件對(duì)應(yīng)點(diǎn)的內(nèi)壁溫度信息。
【文檔編號(hào)】G21C17/017GK106098123SQ201610025498
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年1月15日 公開(kāi)號(hào)201610025498.6, CN 106098123 A, CN 106098123A, CN 201610025498, CN-A-106098123, CN106098123 A, CN106098123A, CN201610025498, CN201610025498.6
【發(fā)明人】凌君, 何大宇, 劉洪濤, 章貴和, 孟阿軍, 劉浪, 陳蓉, 劉新, 王驕亞, 彭華清, 毛慶, 王海軍, 劉其壽
【申請(qǐng)人】中廣核工程有限公司, 西安交通大學(xué)