仿核反应堆热工流体的实验装置制造方法及图纸

本申请公开了一种仿核反应堆热工流体的实验装置，包括：供水系统，控制固定流速的水流进气液混合腔；供气系统，控制固定流速的空气流进气液混合腔；实验系统，包括实验管道和电流控制系统，气液混合腔内的空气和水流经实验管道，电流控制系统对实验管道的不同部位按照第一热量分布方案加热，以模拟核反应堆单个通道的核热耦合反应。本申请中公开的实验装置，通过对试验段管道不同方式的加热，可以有效模拟核反应堆中的热工流体现象。且由于实验装置中提取的数据更为准确，对核反应堆的热量分布研究也更为精确。该实验装置操作简单，可根据实际情况实时调整，以模拟实际核反应过程中的多种现象。多种现象。多种现象。

【技术实现步骤摘要】
仿核反应堆热工流体的实验装置


[0001]本专利技术涉及热工流体实验装置
，具体涉及一种仿核反应堆热工流体的实验装置。

技术介绍

[0002]核反应堆热工流体现象，是指在核工程中广泛存在的一切涉及流体的流动与传热过程的现象，如反应堆堆芯冷却剂的流动与传热、蒸汽发生器内的相变流动、冷凝器内的相变释热、稳压器内的蒸发冷凝等现象。
[0003]在核反应堆运行过程中，热源是来自中子核裂变过程中伴随着中子产生释放出来的巨大能量。反应堆堆芯的子通道是指将反应堆堆芯按照一定的规则划分成几个小区域，每个小区域内的特性和参数基本相同，可以单独进行模拟和计算。一般来说，子通道可以分为三个维度，即径向、周向和轴向。在堆芯内部，由于热量产生不均匀、冷却剂流动难以控制等原因，反应堆的局部参数难以直接测量或计算，而通过堆芯子通道的建立，则可以准确地计算和评价每个小区域内的热工水力参数，更好地改进反应堆设计、优化冷却剂流动、提高反应堆性能和安全性。其中，子通道的横截面根据堆芯燃料元件布置的不同而不同，子通道内流动的流体是冷却剂。
[0004]当堆芯温度发生变化时，中子能谱、微观截面也会发生相应的变化，因此，当子通道内冷却剂流动时，会带走堆芯燃料元件产生的热量，这时，堆芯温度会变化，导致中子能谱、微观截面也发生变化，使得堆芯燃料元件产生的热量也发生变化，进而子通道壁面温度也发生变化，冷却剂流动时带走的热量也发生变化，堆芯温度又发生新变化，这即是核热耦合现象，也是核反应堆热工流体现象。热耦合现象在反应堆堆芯中一直进行。
[0005]因此中子通量在堆芯中的分布不是固定不变的，普遍的说，在径向上的分布是贝塞尔函数，在轴向上的分布是余弦函数，这也是堆芯内热量的分布。
[0006]在研究热工流体的实验台架中，对实验管段施加的热源一般都是均匀分布的，这样会导致流体加热过程的实验结果与核反应堆冷却管中流体加热过程的结果有很大的差异。从而影响在核反应堆中对冷却剂流动压降、流动不稳定性的研究。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种仿核反应堆热工流体的实验装置，包括：供水系统，控制固定流速的水流进气液混合腔；供气系统，控制固定流速的空气流进上述气液混合腔；实验系统，包括实验管道和电流控制系统，上述气液混合腔内的空气和水流经上述实验管道，上述电流控制系统对上述实验管道的不同部位按照第一热量分布方案加热，以模拟核反应堆单个通道的核热耦合反应。
[0008]进一步地，电流控制系统，包括：多个热电偶，一端连接上述实验管道，一端连接数据处理器，用于测量上述实验管道不同位置处的壁面温度；数据处理器，用于记录并处理多个上述壁面温度处的温度电信号，以形成温度电信号分布；电流控制器，接收上述温度电信
号分布，计算相应电流值，通过控制流经上述实验管道的电流值对上述实验管道加热，从而实现仿核反应堆单个通道的核热耦合反应。
[0009]进一步地，第一热量分布方案为：上述实验管道上缠绕金属丝，并在上述金属丝两端连接上述电流控制系统，通过金属丝通电产生的电阻热量对上述实验管道进行加热。
[0010]进一步地，上述实验管道中间段缠绕的金属丝比两端缠绕的金属丝密集。
[0011]进一步地，上述实验管道金属丝的疏密计算方法为：轴向金属丝的释热率y与轴向高度t的公式为y(t)＝cos(t)，其中设置t∈[
‑
n，n]；取等间距高度t值，分别计算对应的释热率y值；根据公式
[0012]Y＝(y
max
‑
y
i
)/(y
max
‑
y
min
)，计算上述金属丝的疏密值，其中y
max
为最大释热率值，y
min
为最小释热率值，y
i
为不同部位的释热率值。
[0013]进一步地，上述第一热量分布方案为：上述实验管道包括管道壁和空腔，上述管道壁包裹上述空腔，上述管道壁材料为金属，在上述管道壁两端连接上述电流控制系统，通过管道壁通电产生的电阻热量对上述空腔内的空气和水进行加热。
[0014]进一步地，上述管道壁中间段的厚度比上述管道壁的两端厚。
[0015]进一步地，上述实验管道厚度的计算方法为：轴向金属丝的释热率y与轴向高度t的公式为y(t)＝cos(t)其中设置t∈[
‑
m，m]；取等间距高度t值，分别计算对应的释热率y值；根据公式Y＝(y
max
‑
y
i
)/(y
max
‑
y
min
)，计算上述实验管道的厚度值，其中y
max
为最大释热率值，y
min
为最小释热率值，y
i
为不同部位的释热率值。
[0016]进一步地，上述电流控制系统还包括可调节电阻，连接在上述电流控制器和上述实验管道之间，用于协助上述电流控制器调节控制回路中的电流值。
[0017]进一步地，上述实验系统还包括：高速相机，拍摄上述实验管道内的可视化图像；电道探针，探测上述实验管道内不同部位的空泡份额或电压信号；压力传感器，测量上述实验管道内压力；和压差变送器，测量上述实验管道内压差；根据上述可视化图像、上述空泡份额或上述电压信号、上述内压力和上述内压差，记录并绘制实验管道内的流态分布，以辅助模拟单个通道内的核热耦合反应的状态。
[0018]本申请中公开的实验装置，通过对试验段管道不同方式的加热，可以有效模拟核反应堆中的热工流体现象。且由于实验装置中提取的数据更为准确，对核反应堆的热量分布研究也更为精确。该实验装置操作简单，可根据实际情况实时调整，以模拟实际核反应过程中的多种现象。
[0019]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例提供的仿核反应堆热工流体的实验装置示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例提供的电流控制系统示意图；
[0022]图3为本专利技术实施例提供的金属丝缠绕实验管道剖视图及立体图；
[0023]图4为本专利技术实施例提供的金属丝密度Y与轴向高度t的关系图，及对应的实验管道立体图；
[0024]图5为本专利技术实施例提供的不同厚度的实验管道外壁剖视图及立体图；
[0025]图6为本专利技术实施例提供的金属壁厚Y
’
与轴向高度t
’
的关系图，及对应的实验管道立体图。
具体实施方式
[0026]以下结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本专利技术的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本专利技术的限制。
[0027]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿核反应堆热工流体的实验装置，包括：供水系统，控制固定流速的水流进气液混合腔；供气系统，控制固定流速的空气流进所述气液混合腔；实验系统，包括实验管道和电流控制系统，所述气液混合腔内的空气和水流经所述实验管道，所述电流控制系统对所述实验管道的不同部位按照第一热量分布方案加热，以模拟核反应堆单个通道的核热耦合反应。2.如权利要求1所述的仿核反应堆热工流体的实验装置，其特征在于，所述电流控制系统，包括：多个热电偶，一端连接所述实验管道，一端连接数据处理器，用于测量所述实验管道不同位置处的壁面温度；数据处理器，用于记录并处理多个所述壁面温度处的温度电信号，以形成温度电信号分布；电流控制器，接收所述温度电信号分布，计算相应电流值，通过控制流经所述实验管道的电流值对所述实验管道加热，从而实现仿核反应堆单个通道的核热耦合反应。3.如权利要求1所述的仿核反应堆热工流体的实验装置，其特征在于，所述第一热量分布方案为：所述实验管道上缠绕金属丝，并在所述金属丝两端连接所述电流控制系统，通过金属丝通电产生的电阻热量对所述实验管道进行加热。4.如权利要求3所述的仿核反应堆热工流体的实验装置，其特征在于，所述实验管道中间段缠绕的金属丝比两端缠绕的金属丝密集。5.如权利要求4所述的仿核反应堆热工流体的实验装置，其特征在于，所述实验管道金属丝的疏密计算方法为：轴向金属丝的释热率y与轴向高度t的公式为y(t)＝cos(t),其中设置t∈[
‑
n,n]；取等间距高度t值，分别计算对应的释热率y值；根据公式Y＝(y
max
‑
y
i
)/(y
max
‑
y
min
)，计算所述金属丝的疏密值，其中y
max
为最大释热率值，y
min
为最小释热率值，y
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄乃亮，汤晓斌，张艳婷，赵行斌，吴延鑫，赵浠君，尹政达，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：