一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置及分析方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置及分析方法，涉及核反应实验技术领域，其技术方案要点是：包括实验本体，所述实验本体的入口设有流量计、热电偶，实验本体的出口设有智能压力变送器，实验本体内的加热通道间隔设有多个临界监测热偶。本发明专利技术提供的一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置及分析方法，通过科学合理的临界监测热偶布置方式可以监测流量波动幅值超过100％条件下的沸腾临界现象，有效地实现了波动流量条件下沸腾临界的现象监测；本发明专利技术成功地提取了流量波动条件下沸腾临界发生时的热工参数，获得了临界热流密度与局部流量、压力和含汽率的函数关系，实现波动流量条件下的沸腾临界行为特性研究。研究。研究。

【技术实现步骤摘要】
一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置及分析方法


[0001]本专利技术涉及核反应实验
，更具体地说，它涉及一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置及分析方法。

技术介绍

[0002]在过去几十年国内外核能界开展了大量反应堆燃料元件沸腾临界实验研究元件的临界热流密度值。这些工作都是针对流量稳定条件进行实验研究。当堆芯入口流量不稳定时，由于不能有效判断临界发生的位置、临界发生时的局部参数等技术难题，因此流量波动下的反应堆燃料元件沸腾临界研究几乎处于停滞状态。因此，如何研究设计一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置及分析方法是我们目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置及分析方法，本专利技术可以有效判断临界位置，分析临界发生时的局部参数，获得流量波动条件下的临界热流密度值。
[0004]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0005]第一方面，提供了一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置，包括实验本体，所述实验本体的入口设有流量计、热电偶，实验本体的出口设有智能压力变送器，实验本体内的加热通道间隔设有多个临界监测热偶。
[0006]进一步的，所述实验本体内的加热通道出口依次间隔20mm布置有10个临界监测热偶。
[0007]进一步的，所述实验本体采用圆管、环管、四边形通道、六边形通道、棒束通道中任意一种流道结构模拟相应类型的反应堆燃料元件。
[0008]进一步的，所述实验本体采用直流电加热后模拟反应堆燃料元件的核反应释热。
[0009]进一步的，所述实验本体通过改变加热元件的加热功率实现不同热流密度的调节和模拟。
[0010]第二方面，提供了一种研究流量波动条件下沸腾临界的分析方法，通过捕捉沸腾临界的局部参数建立流量波动条件下临界热流密度值的分析函数，具体包括以下步骤：
[0011]S1：通过实验本体入口布置的流量计、热电偶分别测量入口流量G1、入口温度t1；
[0012]S2：根据临界监测热偶的实验结果，确定流量波动条件下沸腾临界发生的位置距离实验本体入口处的长度L1以及临界触发的时间T；
[0013]S3：根据入口处流量计位置距离实验本体入口的长度L2、依据入口流量G1建立的流量曲线、临界触发的时间T确定沸腾临界触发时的流量G；
[0014]S4：根据入口处流体的入口温度t1、实验本体的加热功率W和流量G，确定沸腾临界发生时的局部质量含汽率x；
[0015]S5：根据实验本体出口位置处布置的智能压力变送器测量实验本体的出口压力
P1，并根据智能压力变送器距离临界发生点的位置L3计算沸腾临界发生时的局部压力P；
[0016]S6：获得流量波动条件下临界热流密度值q与局部压力P、流量G和质量含汽率x的函数关系。
[0017]进一步的，所述流量G为处于波动流量的波谷值或者波峰值；或，为波谷值和波峰值中间的任意值。
[0018]进一步的，所述函数关系的计算公式具体为：
[0019][0020][0021]其中，C
p
表示比热容；H
fg
表示汽化潜热；T
sat
(P)表示对应局部压力下的饱和温度；A表示实验本体内加热通道的传热面积。
[0022]进一步的，所述沸腾临界发生时的局部压力计算公式具体为：
[0023]P＝P1+ρg L3[0024]其中，ρ表示临界发生点的位置至实验本体出口间气流平均密度；g表示重力加速度。
[0025]进一步的，所述沸腾临界的发生判断过程具体为：
[0026]同时满足以下三个条件下的壁温上升曲线判断波动流量条件下发生沸腾临界：
[0027]壁面出现显著上升趋势，上升速率不小于5℃/s；
[0028]壁温持续上升，上升时间大约1个流量波动周期；
[0029]壁温超过高温报警值。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0031]1、本专利技术提供的一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置及分析方法，通过科学合理的临界监测热偶布置方式可以监测流量波动幅值超过100％条件下的沸腾临界现象，有效地实现了波动流量条件下沸腾临界的现象监测；
[0032]2、本专利技术提出了根据壁温曲线判定波动流量下的沸腾临界的方法，有效地辩析了流量波动条件下的间歇性干涸和沸腾临界现象；
[0033]3、本专利技术成功地提取了流量波动条件下沸腾临界发生时的热工参数，获得了临界热流密度与局部流量、压力和含汽率的函数关系，实现波动流量条件下的沸腾临界行为特性研究。
附图说明
[0034]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0035]图1是本专利技术实施例中的整体结构示意图；
[0036]图2是本专利技术实施例中临界监测热偶的分布示意图；
[0037]图3是本专利技术实施例中低含汽率条件下的壁温和质量流速变化曲线图；
[0038]图4是本专利技术实施例中间歇性干涸壁温变化曲线图；
[0039]图5是本专利技术实施例中腾临界壁温变化曲线图。
[0040]附图中标记及对应的零部件名称：
[0041]1、实验本体；2、临界监测热偶；3、流量计；4、热电偶；5、智能压力变送器。
具体实施方式
[0042]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。
[0043]需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
[0044]需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，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专利技术的限制。
[0045]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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0046]实施例1：一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置，如图1所示，包括实验本体1，实验本体1的入口设有流量计3、热电偶4，实验本体1的出口设有智能压力变送器5，实验本体1内的加热通道间隔设有多个临界监测热偶2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置，包括实验本体(1)，其特征是，所述实验本体(1)的入口设有流量计(3)、热电偶(4)，实验本体(1)的出口设有智能压力变送器(5)，实验本体(1)内的加热通道间隔设有多个临界监测热偶(2)。2.根据权利要求1所述的一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置，其特征是，所述实验本体(1)内的加热通道出口依次间隔20mm布置有10个临界监测热偶(2)。3.根据权利要求1所述的一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置，其特征是，所述实验本体(1)采用圆管、环管、四边形通道、六边形通道、棒束通道中任意一种流道结构模拟相应类型的反应堆燃料元件。4.根据权利要求1所述的一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置，其特征是，所述实验本体(1)采用直流电加热后模拟反应堆燃料元件的核反应释热。5.根据权利要求1所述的一种研究流量波动条件下沸腾临界的实验装置，其特征是，所述实验本体(1)通过改变加热元件的加热功率实现不同热流密度的调节和模拟。6.一种研究流量波动条件下沸腾临界的分析方法，其特征是，通过捕捉沸腾临界的局部参数建立流量波动条件下临界热流密度值的分析函数，具体包括以下步骤：S1：通过实验本体(1)入口布置的流量计(3)、热电偶(4)分别测量入口流量G1、入口温度t1；S2：根据临界监测热偶(2)的实验结果，确定流量波动条件下沸腾临界发生的位置距离实验本体(1)入口处的长度L1以及临界触发的时间T；S3：根据入口处流量计(3)位置距离实验本体(1)入口的长度L2、依据入口流量G1建立的流量曲线、临界触发的时间T确定沸腾临界触发时的流量G；S4：根据入口处流体的入口温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭传新，黄彦平，昝元锋，袁德文，徐建军，刘亮，岳妮娜，周磊，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：