本发明专利技术公开了一种具有加热组件的承压型三面可视化热工流体实验段，包括矩形结构的实验段本体，实验段本体上部连接出口管路组件，下部连接进口管路组件；实验段本体侧面其中三面设置有可视窗，另一面上连接加热组件；实验段本体内设置有流道组件；加热组件包括用于对流道组件内流体加热的加热板，还设置有多个用于测量不同高度位置加热板温度的热电偶；加热板通过设置在加热板两端的两个铜电极加热；本发明专利技术实验段由密封式内冲压式细长平面的可承压型加热组件及可正视及两侧透视的承压可视化热工流体测试本体组成，可用于多角度观察矩形通道内气泡行为及精确测量壁面温度等热工参数。参数。参数。
【技术实现步骤摘要】
一种具有加热组件的承压型三面可视化热工流体实验段
[0001]本专利技术涉及热工水力实验
，具体涉及一种具有加热组件的承压型三面可视化热工流体实验段。
技术介绍
[0002]板状燃料组件结构紧凑，释热及换热效率高，较小体积的板状燃料组件即可满足功率要求，是新型反应堆的重要发展方向。板状燃料组件中两平行燃料板板间距较小，冷却剂在矩形窄通道内自下而上循环流动，其流动沸腾特性与在常规棒束通道内有明显区别。与常规棒束通道相比，矩形窄通道的窄缝对两相流中气泡的生长有限制作用，流体在高度方向速度梯度更大，发生沸腾时汽泡运动行为将受其影响而发生改变。气
‑
水两相界面的改变意味着矩形通道内两相流沸腾特性发生改变。目前已有大量棒束通道内两相流沸腾模型，但棒束通道内的沸腾模型不适用于矩形通道，为了提高堆芯热工水力设计计算精度，达到精细化设计的要求，需要针对矩形通道开发沸腾模型。
[0003]目前国内外的可视化实验装置，不适用于实际的应用；为了多角度观察高压条件下矩形通道内气泡行为并分析壁面热流密度等热工参数，需要一种适合实际应用情况的矩形实验段。
技术实现思路
[0004]本专利技术针对现有技术存在的问题提供一种可多角度观察高压条件下矩形通道内气泡行为的具有加热组件的承压型三面可视化热工流体实验段。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种具有加热组件的承压型三面可视化热工流体实验段，包括矩形结构的实验段本体，实验段本体上部连接出口管路组件，下部连接进口管路组件；实验段本体侧面其中三面设置有可视窗，另一面上连接加热组件；实验段本体内设置有流道组件；
[0007]加热组件包括用于对流道组件内流体加热的加热板，还设置有多个用于测量不同高度位置加热板温度的热电偶；加热板通过设置在加热板两端的两个铜电极加热。
[0008]进一步的，所述加热组件还包括用于支撑热电偶的热偶支架；还包括用于设置加热板的密封壳；还包括用于固定支撑热偶支架和铜电极的组件压紧法兰；密封壳上设置有和组件压紧法兰相配合的密封壳压紧法兰；密封壳内设置有绝缘块；热电偶和铜电极依次穿过组件压紧法兰、密封壳压紧法兰和绝缘块接触加热板。
[0009]进一步的，所述加热板和绝缘块接触位置设置有环状的密封垫；加热板和流道组件接触侧，加热板外从内到外依次设置有环状的绝缘环和卡套。
[0010]进一步的，所述热电偶外设置有热偶密封组件，热偶密封组件包括热偶绝缘密封圈和热偶绝缘套管；还包括用于定位的热偶定位套管；铜电极连接导电铜板；铜电极外设置有铜电极密封绝缘组件；所述加热板边缘为凸台结构，绝缘环边缘为与其配合的Z形结构。
[0011]进一步的，组件压紧法兰上设置有高压气体充气口，用于向组件压紧法兰和密封
壳压紧法兰之间的空腔内充入高压气体。
[0012]进一步的，所述进口管路组件包括与实验段本体连接的第三进口连接法兰；第三进口连接法兰连接进口接管，进口接管另一端连接第二进口连接法兰，第二进口连接法兰连接第一进口连接法兰；进口接管内设置有入口整流段内部陶瓷，入口整流端内部陶瓷连通流道组件；入口整流段内部陶瓷和流道组件连接端设置有第一密封垫，另一端设置有第一压紧弹簧；
[0013]出口管路组件包括与实验段本体连接的第三出口连接法兰；第三出口连接法兰，连接出口接管，出口接管另一端连接第二出口连接法兰，第二出口连接法兰连接第一出口连接法兰；出口接管内设置有出口整流段内部陶瓷，出口整流段内部陶瓷连通流道组件；出口整流段内部陶瓷和流道组件连接端设置有第二密封垫，另一端设置有第二压紧弹簧。
[0014]进一步的，所述可视窗包括可视窗玻璃，可视窗玻璃外部设置有用于密封的第三密封垫，可视窗玻璃通过可视窗压紧法兰与实验段本体固定。
[0015]进一步的，所述流道组件包括流道陶瓷和流道玻璃；流道陶瓷设置在外部，包括上部的窗口段陶瓷和下部的过渡段陶瓷；窗口段陶瓷与可视窗对应位置设置有窗口，窗口段陶瓷内部设置有流道玻璃。
[0016]进一步的，采用该实验段进行实验时对应的热工参数计算方法如下：
[0017]实验段热效率η计算方法如下：
[0018][0019]式中，Q为单相水单位时间内在流道中吸收的热量；Q
t
为实验段电加热的总功率；
[0020]其中：
[0021]Q＝C
p
M(T
out
‑
T
in
)
[0022]Q
t
＝UI
[0023]式中，C
p
为定压比热容，M为质量流量，T
out
为实验段出口温度，T
in
为实验段进口温度；热流密度q计算方法如下：
[0024][0025]式中，L为流道组件的长，W为流道组件的宽；
[0026]流道组件内壁面的温度T
w
(Z)计算方法如下：
[0027][0028]式中：Z为流道组件高度，T
w
′
(Z)为通过热电偶测量得到的加热板对应高度的温度值，λ
w
为壁面导热系数，δ
w
为壁面厚度；
[0029]局部传热系数计算方法如下：
[0030][0031]式中：h(Z)为流道组件高度为Z处的局部传热系数，T
f
(Z)为对应Z处的流道内流体的温度；
[0032][0033]T
f
(Z)＝T
sat
(p(Z)),Z≥Z
sat
[0034]式中：Z
sat
为发生饱和沸腾前的起始段长度；
[0035][0036]式中：T
sat
为系统运行压力下的饱和温度；
[0037]热力学含气率的计算方法如下：
[0038][0039][0040]式中：i
in
为入口液体的焓值，i
sat
为饱和液体的焓值，h
lv
为汽化潜热。
[0041]本专利技术的有益效果是：
[0042](1)本专利技术采用双层玻璃结构，内层玻璃为流道组件内的流道玻璃，外层玻璃为可视窗玻璃；内层玻璃用于形成准确的流道结构和尺寸，不作为压力边界；外层玻璃为承压玻璃，能够承受设计温度和设计压力及温度瞬变带来的应力冲击；
[0043](2)本专利技术实验段本体为一体式承压壳，采用整体钢材加工，上部设置的吊耳支架与实验段本体一体，承接整个实验段的重量；并且实验段本体采用三面可视窗设计，可以实现高速相机从流道正面和侧面进行拍摄，正面窗口用于观测壁面核化行为，侧面为左右通透的透视可视窗，除可观测近壁核化行为外，还可对沸腾过程中界面沿径向、轴向演化过程进行观测研究。
[0044](3)本专利技术中加热板的绝缘密封结构，其中硬绝缘结构、内部软密封方式解决了加热板密封绝缘问题；加热面与法兰整体高强度本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有加热组件的承压型三面可视化热工流体实验段，其特征在于，包括矩形结构的实验段本体(1)，实验段本体(1)上部连接出口管路组件(3)，下部连接进口管路组件(4)；实验段本体(1)侧面其中三面设置有可视窗(5)，另一面上连接加热组件(2)；实验段本体(1)内设置有流道组件；加热组件(2)包括用于对流道组件内流体加热的加热板(214)，还设置有多个用于测量不同高度位置加热板(214)温度的热电偶(209)；加热板(214)通过设置在加热板(214)两端的两个铜电极(206)加热。2.根据权利要求1所述的一种具有加热组件的承压型三面可视化热工流体实验段，其特征在于，所述加热组件(2)还包括用于支撑热电偶(209)的热偶支架(201)；还包括用于设置加热板(214)的密封壳(204)；还包括用于固定支撑热偶支架(201)和铜电极(206)的组件压紧法兰(202)；密封壳(204)上设置有和组件压紧法兰(202)相配合的密封壳压紧法兰(203)；密封壳(204)内设置有绝缘块(217)；热电偶(209)和铜电极(209)依次穿过组件压紧法兰(202)、密封壳压紧法兰(203)和绝缘块(217)接触加热板(214)。3.根据权利要求2所述的一种具有加热组件的承压型三面可视化热工流体实验段，其特征在于，所述加热板(214)和绝缘块(217)接触位置设置有环状的密封垫(213)；加热板(214)和流道组件接触侧，加热板(214)外从内到外依次设置有环状的绝缘环(215)和卡套(216)。4.根据权利要求3所述的一种具有加热组件的承压型三面可视化热工流体实验段，其特征在于，所述热电偶(209)外设置有热偶密封组件(208)，热偶密封组件包括热偶绝缘密封圈(210)和热偶绝缘套管(211)；还包括用于定位的热偶定位套管(212)；铜电极(206)连接导电铜板(205)；铜电极(206)外设置有铜电极密封绝缘组件(207)；所述加热板(214)边缘为凸台结构，绝缘环(215)边缘为与其配合的Z形结构。5.根据权利要求4所述的一种具有加热组件的承压型三面可视化热工流体实验段，其特征在于，所述组件压紧法兰(202)上设置有高压气体充气口(6)，用于向组件压紧法兰(202)和密封壳压紧法兰(203)之间的空腔内充入高压气体。6.根据权利要求1所述的一种具有加热组件的承压型三面可视化热工流体实验段，其特征在于，所述进口管路组件(4)包括与实验段本体(1)连接的第三进口连接法兰(404)；第三进口连接法兰(404)连接进口接管(403)，进口接管(403)另一端连接第二进口连接法兰(402)，第二进口连接法兰(402)连接第一进口连接法兰(401)；进口接管(403)内设置有入口整流段内部陶瓷(406)，入口整流端内部陶瓷(406)连通流道组件；入口整流段内部陶瓷(406)和流道组件连接端设置有第一密封垫(407)，另一端设置有第一压紧弹簧(405)；出口管路组件(3)包括与实验段本体(1)连接的第三出口连接法兰(304)；第...
【专利技术属性】
技术研发人员：周源，黄家坚，罗乔，凌空，袁园，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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