自然对流换热试验设备制造技术

本实用新型专利技术是一种自然对流换热试验设备，涉及流体试验设备技术领域，为解决现有研究手段无法合理地模拟上封头周围自然对流的热工水力特性的问题而设计。该自然对流换热试验设备包括加热段、换热器、分层测温装置、数据采集系统和顶部具有敞口的水箱。加热段设置在水箱中，加热段设置有用于测量其不同位置处温度的多个第一测温元件。换热器盖设在敞口上以将水箱封闭。分层测温装置包括L形支架以及设置于L形支架水平段的多个间隔排布的第二测温元件；L形支架的竖直段自换热器伸出，且能够带动水平段在竖直方向移动。本实用新型专利技术提供的自然对流换热试验设备利用试验手段对自然对流状态下的热量传递过程进行了合理的模拟。

Natural convection heat transfer test equipment

The utility model relates to a natural convection heat transfer test equipment, which relates to the technical field of fluid test equipment, and is designed to solve the problem that the existing research means can not reasonably simulate the thermal and hydraulic characteristics of natural convection around the upper head. The natural convection heat transfer test equipment includes heating section, heat exchanger, stratified temperature measuring device, data acquisition system and water tank with open top. The heating section is arranged in a water tank, and the heating section is provided with a plurality of first temperature measuring elements for measuring the temperature at different locations of the heating section. The heat exchanger cover is arranged on the open surface to seal the water tank. The stratified temperature measuring device includes a L-shaped bracket and a second temperature measuring element arranged at multiple intervals in the horizontal section of the L-shaped bracket. The vertical section of the L-shaped bracket extends from the heat exchanger and can drive the horizontal section to move in the vertical direction. The natural convection heat transfer test equipment provided by the utility model reasonably simulates the heat transfer process under the natural convection state by using the test means.

【技术实现步骤摘要】
自然对流换热试验设备
本技术涉及流体试验设备
，尤其涉及一种自然对流换热试验设备。
技术介绍
自然循环作为一项先进反应堆严重事故的缓解措施，由于其具有原理简单、良好的经济性以及非能动特性等优点，因而得到了广泛的研究和应用。在模块化小型反应堆的设计中，当事故发生时，安全壳上封头浸泡在大量的冷却剂中，通过外部自然对流的方式移除安全壳内部的热量，以为事故工况下的反应堆提供有效的冷却作用，从而达到提高反应堆固有安全性的目的。但是，现有技术中，对于自然对流的分析研究手段相对局限，无法合理地模拟上封头周围自然循环的热工水力特性。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种自然对流换热试验设备，以解决现有研究手段无法合理地模拟上封头周围自然对流的热工水力特性的技术问题。本技术提供的自然对流换热试验设备，包括加热段、换热器、分层测温装置、数据采集系统和顶部具有敞口的水箱。所述水箱中盛放有液体，用于模拟自然对流换热。所述加热段设置在所述水箱中，且位于所述水箱的底部；所述加热段设置有用于测量其不同位置处温度的多个第一测温元件。所述换热器盖设在所述敞口上以将所述水箱封闭，所述换热器用于与所述水箱中的液体进行热交换。所述分层测温装置包括L形支架以及设置于所述L形支架的水平段上的第二测温元件，所述第二测温元件的数量为多个，多个所述第二测温元件在所述水平段上间隔排布；所述L形支架的竖直段自所述换热器伸出，且能够带动所述水平段在竖直方向移动。所述第一测温元件和所述第二测温元件均与所述数据采集系统连接。进一步地，还包括机架，所述水箱安装在所述机架上。进一步地，还包括安装在所述机架上的夹持装置，所述夹持装置用于夹持固定所述竖直段。进一步地，所述夹持装置包括第一夹持臂、第二夹持臂和夹紧件，所述第一夹持臂和所述第二夹持臂均固定于所述机架且均沿竖直方向延伸，所述竖直段伸入至所述第一夹持臂与所述第二夹持臂之间，所述夹紧件将所述第一夹持臂与所述第二夹持臂夹紧。进一步地，所述第一夹持臂开设有沿竖直方向延伸的第一凹槽，所述第二夹持臂开设有沿竖直方向延伸的第二凹槽，所述竖直段紧密贴合在所述第一凹槽与所述第二凹槽上。进一步地，所述水箱包括底壁、垂直连接于所述底壁且在前后方向平行且间隔的前壁和后壁，以及垂直连接在所述前壁和后壁之间的左壁和右壁，所述底壁、所述前壁、所述后壁、所述左壁和所述右壁中相邻的两者之间均通过可拆卸固定方式连接。所述换热器可拆卸固定连接在所述水箱上。进一步地，所述加热段的横截面呈半圆环状并向所述水箱内部拱起，所述加热段的轴线垂直于所述前壁，且所述加热段抵靠在所述前壁与所述后壁之间；所述加热段设置在所述水箱的中间。所述加热段包括加热棒，所述加热棒沿所述加热段的轴线方向延伸并插入至所述加热段中。进一步地，所述加热棒的数量为多个，多个所述加热棒环绕所述加热段的轴线均布。进一步地，所述换热器为中空结构，在所述换热器长度方向的两端分别设置有进水口和出水口。所述自然对流换热试验设备还包括一级冷却回路，所述一级冷却回路包括串联设置的冷却水罐、第一水泵和第一控制阀，所述换热器串联设置在所述一级冷却回路中，以使所述一级冷却回路中的冷却液由所述进水口流入并由所述出水口流出。所述一级冷却回路靠近所述进水口的位置处设置有进水测温元件，靠近所述出水口的位置处设置有出水测温元件。进一步地，还包括二级冷却回路，所述二级冷却回路包括串联设置的冷却水槽、第二水泵和冷却塔，所述第二水泵用于将所述冷却水槽中的冷却液泵送至所述冷却水罐中；所述冷却塔设置在所述冷却水罐与所述冷却水槽之间。本技术自然对流换热试验设备带来的有益效果是：当需要对自然对流换热现象进行试验模拟时，开启加热段使其发热，以模拟事故发生后安全壳内的堆芯余热，并且，在水箱中盛放液体，以模拟安全壳上封头外部的自然对流环境；然后，利用第一测温元件对加热段不同位置处的温度进行测量，获取加热段多个位置处的数据，并将其反馈至数据采集系统中；与此同时，利用第二测温元件对水箱内水平方向的多个位置进行温度测量，以获取加热段在热量传递过程中的水平分层温度，并将其反馈至数据采集系统中；然后，调节L形支架的竖直段，以带动水平段在竖直方向移动一定距离，从而获得该高度位置下温度的水平分层数据，并将其反馈至数据采集系统中；经过水平段在竖直方向上的多个位置调节后，获取加热段在热量传递过程中的竖直分层温度，并利用数据采集系统进行采集和记录；最后，利用数据采集系统，得到自然对流模拟过程中加热段的温度分布情况以及水箱中液体的温度分布情况，从而获得自然对流状态下的传热特性。该自然对流换热试验设备利用试验模拟的手段，对自然对流状态下的热量传递过程进行了合理的模拟，从而得到了更加贴近实际工况的上封头周围自然对流的热工水力特性，对事故发生后反应堆堆芯余热的自然对流现象的研究与分析具有一定的指导意义。附图说明为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的自然对流换热试验设备中主要部件的结构示意图；图2为本技术实施例提供的自然对流换热试验设备中主要部件的结构主视图；图3为图2中的A-A剖视图，其中，机架未示出；图4为本技术实施例提供的自然对流换热试验设备中加热段的结构主视图；图5为本技术实施例提供的自然对流换热试验设备的冷却原理示意图。附图标记：100-水箱；200-换热器；300-机架；400-加热段；500-分层测温装置；600-连接螺栓；700-夹持装置；800-一级冷却回路；900-二级冷却回路；110-前壁；120-后壁；130-左壁；140-右壁；150-底壁；151-注水口；210-进水口；220-出水口；230-排气口；410-加热棒；420-第一测温元件；510-L形支架；520-第二测温元件；710-第一夹持臂；720-第二夹持臂；810-冷却水罐；820-第一水泵；830-第一控制阀；840-进水测温元件；850-出水测温元件；860-流量计；870-旁通管路；910-第二水泵；920-冷却水槽；930-冷却塔；010-数据采集系统；020-PIV测量装置。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“竖直”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本技术的描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自然对流换热试验设备，其特征在于，包括：顶部具有敞口的水箱(100)，所述水箱(100)中盛放有液体，用于模拟自然对流换热；加热段(400)，所述加热段(400)设置在所述水箱(100)中，且位于所述水箱(100)的底部；所述加热段(400)设置有用于测量其不同位置处温度的多个第一测温元件(420)；换热器(200)，所述换热器(200)盖设在所述敞口上以将所述水箱(100)封闭，所述换热器(200)用于与所述水箱(100)中的液体进行热交换；分层测温装置(500)，所述分层测温装置(500)包括L形支架(510)以及设置于所述L形支架(510)的水平段上的第二测温元件(520)，所述第二测温元件(520)的数量为多个，多个所述第二测温元件(520)在所述水平段上间隔排布；所述L形支架(510)的竖直段自所述换热器(200)伸出，且能够带动所述水平段在竖直方向移动；数据采集系统(010)，所述第一测温元件(420)和所述第二测温元件(520)均与所述数据采集系统(010)连接。

【技术特征摘要】
1.一种自然对流换热试验设备，其特征在于，包括：顶部具有敞口的水箱(100)，所述水箱(100)中盛放有液体，用于模拟自然对流换热；加热段(400)，所述加热段(400)设置在所述水箱(100)中，且位于所述水箱(100)的底部；所述加热段(400)设置有用于测量其不同位置处温度的多个第一测温元件(420)；换热器(200)，所述换热器(200)盖设在所述敞口上以将所述水箱(100)封闭，所述换热器(200)用于与所述水箱(100)中的液体进行热交换；分层测温装置(500)，所述分层测温装置(500)包括L形支架(510)以及设置于所述L形支架(510)的水平段上的第二测温元件(520)，所述第二测温元件(520)的数量为多个，多个所述第二测温元件(520)在所述水平段上间隔排布；所述L形支架(510)的竖直段自所述换热器(200)伸出，且能够带动所述水平段在竖直方向移动；数据采集系统(010)，所述第一测温元件(420)和所述第二测温元件(520)均与所述数据采集系统(010)连接。2.根据权利要求1所述的自然对流换热试验设备，其特征在于，还包括机架(300)，所述水箱(100)安装在所述机架(300)上。3.根据权利要求2所述的自然对流换热试验设备，其特征在于，还包括安装在所述机架(300)上的夹持装置(700)，所述夹持装置(700)用于夹持固定所述竖直段。4.根据权利要求3所述的自然对流换热试验设备，其特征在于，所述夹持装置(700)包括第一夹持臂(710)、第二夹持臂(720)和夹紧件，所述第一夹持臂(710)和所述第二夹持臂(720)均固定于所述机架(300)且均沿竖直方向延伸，所述竖直段伸入至所述第一夹持臂(710)与所述第二夹持臂(720)之间，所述夹紧件将所述第一夹持臂(710)与所述第二夹持臂(720)夹紧。5.根据权利要求4所述的自然对流换热试验设备，其特征在于，所述第一夹持臂(710)开设有沿竖直方向延伸的第一凹槽，所述第二夹持臂(720)开设有沿竖直方向延伸的第二凹槽，所述竖直段紧密贴合在所述第一凹槽与所述第二凹槽上。6.根据权利要求1-5任一项所述的自然对流换热试验设备，其特征在于，所述水箱(100)包括底壁(150)、垂直连接于所述底壁(150)且在前后方...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴翔，焦守华，孙畅，刘晓晶，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：新型
国别省市：上海,31