一种核电站死管段可视化热工水力实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种核电站死管段内可视化热工水力实验装置及方法，该装置包括可视化试验段，可视化试验段两端通过阀瓣模拟器以及封头封闭，模拟死管段管道；由加热棒与可控硅调功器组成加热系统，加热棒嵌入阀瓣模拟器中；可视化实验段上设置有截止阀、安全阀以及压差传感器，通过第截止阀控制可视化实验段内流体的流进流出，同时在可视化实验段上布置有热电偶；CCD相机位于可视化实验段侧方，与实验装置末端的片激光源构成了PIV系统，通过片激光源提供脉冲激光片光，通过CCD相机摄取曝光粒子图像，形成PIV实验图像；本发明专利技术还提供了该实验装置的实验方法，可以满足对死管道内流场及汽泡生长、脱离等热工水力现象研究的要求。

A visualized thermal hydraulic experimental device and method for dead pipe section of nuclear power plant

【技术实现步骤摘要】
一种核电站死管段可视化热工水力实验装置及方法
本专利技术涉及核电安全测量
，尤其涉及一种研究核电厂死管道现象可视化研究的实验装置及方法。
技术介绍
在压水堆一回路边界为隔离放射性，在工艺上会设置两道隔离阀，死管段具体即为两个逆止阀之间的管段。在正常运行时，隔离阀处于关闭状态，隔离管内流体处于封闭状态，一回路高温流体会通过强制对流和热传导加热隔离管内温度较低的静止流体，会发生一系列热工水力现象，造成阀瓣腐蚀，这会严重影响阀门密封性及使用寿命，称之为死管段有害热工水力现象，这一现象直接威胁着核电厂第二道安全屏障。因此，开展死管段内研究，揭示受限空间内热工水力特性的发生机理，为核电厂安全改造提供理论依据，具有重要的工业背景及学术价值。目前国内外已开展了相关研究，但尚无可行的实验方法对死管段内的热工水力现象进行可视化研究。例如，中国专利申请号CN201710414733.3公开了一种研究核电厂死管段现象的试验系统。包括死管段以及用于模拟改善死管段内部温度的第一机构；死管段为全封闭式金属管道，设有液体进入口和排出口；第一机构包括对流管、加热器、远传热电阻温度计、磁翻板液位计和第一远传差压变送器；对流管为全封闭式金属管道，通过两管道与死管段形成连通的第一回路，并设有排气口；加热器与死管段相连实现对液体加热处理；远传热电阻温度计有多个，分别安装在死管段和对流管上；磁翻板液位计有两个，一安装在死管段上，另一安装在对流管上；第一远传差压变送器安装在死管段上并与死管段串接成第二回路。实施本专利技术，能够采用试验模拟的技术手段来研究和探讨死管段现象，且设计合理可靠。但是此试验系统采用全封闭式金属管道，无法直接观察管道内的热工水力现象，仅能测量系统内的温度与压差，难以对死管道内的流场以及汽泡运动等重要热工水力现象进行观察分析。例如，中国专利申请号CN201720553863.0公开了一种模拟核电站死管段现象的加热装置。包括模拟死管段、加热体、加热线圈及插套，模拟死管段呈贯穿的中空结构，加热体的横截面呈圆形，加热体的右端呈密封的插入模拟死管段中，加热体的右端的端面呈倾斜状的止逆阀阀瓣结构，插套呈中空结构，插套呈竖直的密封穿入模拟死管段并插入加热体的右端内，热电阻温度仪的探针呈密封的插入插套中采集加热体的温度，加热线圈环绕于加热体外设置，加热线圈与外界交流电源电性连接，加热体藉由通电的加热线圈产生的交变磁场而产生感应电流进而发热；该专利与上述专利一样，无法直接观察管道内的热工水力现象，难以对死管道内的流场以及汽泡运动等重要热工水力现象进行观察分析，而且结构复杂，不易制造。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的缺点，本专利技术提供了一种可以对死管道现象进行可视化实验的装置，可以满足对死管道内流场及汽泡生长、脱离等热工水力现象研究的要求，同时还提供了对应的实验方法。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种核电站死管段内可视化热工水力实验装置，包括可视化试验段11，可视化试验段11两端通过阀瓣模拟器2以及封头8和法兰15封闭，模拟死管段管道；由加热棒1与可控硅调功器9组成加热系统，加热棒1嵌入阀瓣模拟器2中，通过可控硅调功器9控制电源功率，以此控制加热棒1发热功率，改变实验热流大小；可视化实验段11上设置有第一截止阀5、第二截止阀14、安全阀7以及压差传感器6，通过第一截止阀5和第二截止阀14控制可视化实验段11内流体的流进流出，同时在可视化实验段11上布置有热电偶12；CCD相机13位于可视化实验段11侧方，与实验装置末端的片激光源16构成了PIV系统，通过片激光源16提供脉冲激光片光，通过CCD相机13摄取曝光粒子图像，形成PIV实验图像。所述可视化试验段11由石英玻璃构成，当可视化实验段内的压力过高时，通过安全阀7进行压力的调控，将压力控制在2MPa以内。阀瓣模拟器2由不锈钢制成，与可视化试验段11连接的端面呈倾斜状，使其结构与核电厂现场的逆止阀结构一致，进一步准确模拟出死管段RCP逆止阀，正常时处于关闭状态，隔离可视化试验段11内流体；同时与可视化实验段管壁11留出预设空隙，避免过热。所述阀瓣模拟器2与可视化实验装置11通过不锈钢法兰3、耐高温垫片10和水冷法兰4采用螺栓连接；水冷法兰4材料为石英玻璃，采用3D打印技术制造，因为高温与阀瓣模拟器2接触，因此采用水冷措施进行冷却，水冷法兰4包括入口4-1、螺旋通道4-2和出口4-3，冷水从入口4-1中进入水冷法兰，经由螺旋通道4-2对水冷法兰进行冷却，然后由下方的出口4-3流出水冷法兰。采用热电偶进行实验温度的测量，可视化实验段11上选取了五处测量截面，每处测量截面对应的管壁内侧上分布着三个热电偶测点，第一测点位于管壁内侧最高点，第二测点位于最右点，第三测点位于最低点，测量实验段不同截面的温度；实验段内的压力可以通过连接在可视化实验段11上的压差传感器6测量。所述的一种核电站死管段内可视化热工水力实验装置的实验方法，实验装置启动前，打开第一截止阀5，紧闭第二截止阀14，将水引入可视化实验段11内，当达到目标液位时，往可视化实验段11中加入示踪粒子，关闭第一截止阀，之后通过第二截止阀14对管段内液位进行调节；开启实验装置，检查片激光源16和CCD相机12是否正常；开启可控硅调功器9，设定好功率，加热棒1发热，阀瓣模拟器2开始升温；在此过程中测量可视化试验段11即死管段内的局部气泡行为及温度、压力变化；当达到试验设定压力后，安全阀7自动开启，断开加热电源，依次关闭片激光源16、CCD相机12，待到实验段冷却后，通过第二截止阀14将实验段内液体排出。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术利用石英玻璃制造实验段，采用了PIV技术，实现了可视化研究，对研究死管段内流场、汽泡运动等热工水力现象具有重要意义。2)采用3D打印技术制造水冷法兰，避免出现过热现象，进一步准确模拟死管段热工水力现象。3)本专利技术结构简单，可操作性强。附图说明图1为本专利技术装置结构示意图。图2为水冷法兰结构。图3为可视化实验段内热电偶的布置方式。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作详细的说明：如图1所示，本专利技术一种核电站死管段内可视化热工水力实验装置，包括可视化试验段11，可视化试验段11两端通过阀瓣模拟器2以及封头8和法兰15封闭，模拟死管段管道；由加热棒1与可控硅调功器9组成加热系统，加热棒1嵌入阀瓣模拟器2中，通过可控硅调功器9控制电源功率，以此控制加热棒1发热功率，改变实验热流大小；可视化实验段11上设置有第一截止阀5、第二截止阀14、安全阀7以及压差传感器6，通过第一截止阀5和第二截止阀14控制可视化实验段11内流体的流进流出同时在可视化实验段11上布置有热电偶12；CCD相机13位于可视化实验段11侧方，与实验装置末端的片激光源16构成了PIV系统，通过片激光源16提供脉冲激光片光，通过CCD相机13摄取曝光粒子图像，形成PIV实验图像。作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核电站死管段内可视化热工水力实验装置，其特征在于：包括可视化试验段(11)，可视化试验段(11)两端通过阀瓣模拟器(2)以及封头(8)和法兰(15)封闭，模拟死管段管道；由加热棒(1)与可控硅调功器(9)组成加热系统，加热棒(1)嵌入阀瓣模拟器(2)中，通过可控硅调功器(9)控制电源功率，以此控制加热棒(1)发热功率，改变实验热流大小；可视化实验段(11)上设置有第一截止阀(5)、第二截止阀(14)、安全阀(7)以及压差传感器(6)，通过第一截止阀(5)和第二截止阀(14)控制可视化实验段(11)内流体的流进流出，同时在可视化实验段(11)上布置有热电偶(12)；CCD相机(13)位于可视化实验段(11)侧方，与实验装置末端的片激光源(16)构成了PIV系统，通过片激光源(16)提供脉冲激光片光，通过CCD相机(13)摄取曝光粒子图像，形成PIV实验图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种核电站死管段内可视化热工水力实验装置，其特征在于：包括可视化试验段(11)，可视化试验段(11)两端通过阀瓣模拟器(2)以及封头(8)和法兰(15)封闭，模拟死管段管道；由加热棒(1)与可控硅调功器(9)组成加热系统，加热棒(1)嵌入阀瓣模拟器(2)中，通过可控硅调功器(9)控制电源功率，以此控制加热棒(1)发热功率，改变实验热流大小；可视化实验段(11)上设置有第一截止阀(5)、第二截止阀(14)、安全阀(7)以及压差传感器(6)，通过第一截止阀(5)和第二截止阀(14)控制可视化实验段(11)内流体的流进流出，同时在可视化实验段(11)上布置有热电偶(12)；CCD相机(13)位于可视化实验段(11)侧方，与实验装置末端的片激光源(16)构成了PIV系统，通过片激光源(16)提供脉冲激光片光，通过CCD相机(13)摄取曝光粒子图像，形成PIV实验图像。


2.根据权利要求1所述的一种核电站死管段内可视化热工水力实验装置，其特征在于：所述可视化试验段(11)由石英玻璃构成，当可视化实验段内的压力过高时，通过安全阀(7)进行压力的调控，将压力控制在2MPa以内。


3.根据权利要求1所述的一种核电站死管段内可视化热工水力实验装置，其特征在于：所述阀瓣模拟器(2)由不锈钢制成，与可视化试验段(11)连接的端面呈倾斜状，使其结构与核电厂现场的逆止阀结构一致，进一步准确模拟出死管段RCP逆止阀，正常时处于关闭状态，隔离可视化试验段(11)内流体；同时与可视化实验段管壁(11)留出预设空隙，避免过热。


4.根据权利要求1所述的一种核电站死管段内可视化热工水力实验装置，其特征在于：所述阀瓣模拟器(2)与可视化实验装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明军，王幸君，陈冲，田文喜，秋穗正，苏光辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61