一种分离性破口喷放实验装置及其实验方法，涉及流体力学，临界流动实验研究领域。本发明专利技术为了解决现有的破口模拟系统存在无法准确研究喷放过程的泄压阶段的问题。本发明专利技术包括喷放管道、破口模拟模块、可移动测量模块、数据采集系统和可视化测量系统，采用模块化设计和多种破口模拟方案，增强了实验装置的适用性。使用高频高温动态压力传感器，可以实现对喷放过程早期泄压阶段的压力变化的测量，在实验段管道外部设计了可移动测量系统，可以实现对喷放空间环境背压动态响应的测量，同时采用高速摄影仪可以对喷放中的闪蒸、两相流动等喷放行为进行可视化研究。本发明专利技术用于喷放过程泄压阶段压力场测量和喷放行为观测的破口模拟实验。压力场测量和喷放行为观测的破口模拟实验。压力场测量和喷放行为观测的破口模拟实验。
【技术实现步骤摘要】
一种分离性破口喷放实验装置及其实验方法
[0001]本专利技术涉及一种喷放过程泄压阶段压力场测量和喷放行为观测的破口模拟实验装置，属于流体力学，临界流动实验研究领域。
技术介绍
[0002]管路系统发生破口是一种在油气、化工、能源与核工程领域等常见的故障类型，当破口发生在高温高压的管路系统中时，流体的快速喷放和泄压往往会带来严重的事故后果。在核工程领域，破口事故也称作冷却剂丧失事故，是一类设计基准事故。当发生大破口事故时，一方面较大的压力梯度会产生压力波，泄压波的传递会对管路系统带来较大的水力载荷，可能带来的破坏会进一步地威胁反应堆一回路系统压力边界的完整性；另一方面压力的迅速降低和冷却剂的丧失，以及根据破口发生的位置不同可能使得反应堆内发生逆流，均会导致传热恶化，反应堆的冷却不足会带来更严重的事故后果。
[0003]破口发生后，流体的喷放过程是一个强瞬态的流动，流动本身较为复杂，当初始流体参数较高时泄压过程会产生两相流动，也可能发生临界流动等物理现象。由于喷放流动中物理参数变化剧烈，存在动力学不平衡和热力学不平衡，会对实验测量带来较大难度。工程应用上重点关注流体的丧失速度和回路系统的泄压速度，对应于流量和瞬态压力的测量。
[0004]公告号为CN104505131A和公告号为CN104538067A的专利中，分别公开了具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统及测量方法和在此系统上使用的可拆式破口模拟件，通过称重法和蒸汽流量计相结合，借助汽水分离器，可以实现对破口喷放的临界流量的测量；可拆式破口模拟件可以对不同破口结构和尺寸进行模拟。但该实验系统未涉及压力变化的测量，且称重法对流量的测量需要一定的时间，不需要精确实现破口快速打开的过程。
[0005]对于喷放过程早期泄压阶段的实验研究只针对管内的压力变化的测量，未测量环境背压变化带来的影响，由此建立的边界模型在相应的安全分析程序中使用时，通常会有待定的经验系数。实际数值计算时，不同的经验系数取值会使得计算结果在较大范围内变化，极大影响安全分析的准确性和安全裕量的选取。
[0006]综上所述，现有的破口模拟系统由于未测量环境背压的变化，封闭模型具有待定的经验系数，进而存在无法准确研究喷放过程的泄压阶段的问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是为了解决现有的破口模拟系统由于未测量环境背压的变化，封闭模型具有待定的经验系数，存在无法准确研究喷放过程的泄压阶段的问题。进而提供一种分离性破口喷放实验装置及其实验方法。
[0008]本专利技术的技术方案是：一种分离性破口喷放实验装置包括喷放管道，它还包括破口模拟模块、可移动测量模块、数据采集系统和可视化测量系统，喷放管道的端部与破口模拟模块连接，可移动测量模块位于大气环境下，且可移动测量模块位于破口模拟模块的下
游，通过调整可移动测量模块上压力传感器的位置实现对喷放过程中不同位置的环境背压压力响应的测量，数据采集系统通过数据连接线分别与喷放管道和可移动测量模块上的传感器连接，可视化测量系统通过位于破口模拟模块和可移动测量模块下侧的高速投影仪实现流体的喷放现象观测和记录。
[0009]进一步地，喷放管道包括闸阀、第一热电偶、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、排气阀、第四压力传感器、管道本体和第二热电偶，闸阀安装在管道本体的左端面上，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器由左至右依次安装在管道本体上，第一热电偶和第二热电偶分别安装在管道本体的左右两侧，排气阀安装在第四压力传感器左侧的管道本体上，管道本体的管道外壁设有隔热层。
[0010]进一步地，闸阀的法兰盘与外部加热加压补水系统连接。
[0011]进一步地，喷放管道还包括多个螺纹管座，第一热电偶、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器和和第二热电偶均通过螺纹管座安装在管道本体上，且第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器的探测面均与管道本体内壁面相切。
[0012]进一步地，破口模拟模块包括法兰、密封环、耐温耐压钢化玻璃薄片和安全锤，密封环分别安装在耐温耐压钢化玻璃薄片的两侧并内嵌在法兰上，法兰安装在管道本体的右端面上，安全锤通过支架安装在法兰上方，且安全锤的锤头朝向耐温耐压钢化玻璃薄片。
[0013]进一步地，可移动测量模块包括支架、多个滑块、带有刻度尺的导轨和若干个第五压力传感器，支架安装在破口模拟模块的下游处，导轨安装在支架上，且导轨的中线与管道本体的轴线共线，多个滑块由左至右依次安装在导轨上，每个滑块上安装有一个第五压力传感器，且第五压力传感器安装在滑块上的内螺纹内。
[0014]进一步地，数据采集系统包括多根数据连接线、数据采集模块和采集控制软件，采集控制软件安装在计算机内，数据采集模块与采集控制软件连接，多根数据连接线的一端与数据采集模块连接，多根数据连接线的另一端分别与第一热电偶、第二热电偶、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器和若干个第五压力传感器连接。
[0015]进一步地，可视化测量系统包括高速摄影仪、数据传输线和拍摄控制软件，拍摄控制软件安装在计算机内，高速摄影仪通过数据传输线与计算机连接并向拍摄控制软件传输数据。
[0016]本专利技术还提供了一种分离性破口喷放实验方法，它包括以下步骤：
[0017]步骤一：通过喷放管道上的闸阀将实验段管道和现有的管路系统连接，根据实验工况控制管路系统中的电加热锅炉，获得符合要求的高温高压水，检查实验装置各个仪表是否正常、阀门是否处于正常位置，控制软件是否能够正常工作；
[0018]步骤二：打开闸阀，控制阀门开度对喷放管道进行充水，同时打开排气阀排出管道内原有的气体，同时观察采集系统实时测量的管内流体压力和温度数值，当排气阀无明显气体排出时，减小闸阀开度进一步排出管内不凝性气体，并对实验管段进行预热，当第一热电偶和第二热电偶测得的温度相同且接近设定参数值时，依次关闭排气阀和闸阀；
[0019]步骤三：当测量得到的管道本体内流体压力值无明显波动时，开启数据采集系统以及可视化测量系统的高速摄影仪进行拍摄，通过破口模拟模块动作实现模拟管道上破口
的发生，结合数据采集系统，获取第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器对管道本体内不同位置处的压力瞬态响应，使用可移动测量模块中导轨上布置的第五压力传感器获取距离破口不同距离处的环境背压随时间的变化曲线，同时使用高速摄影仪对流体在管外的闪蒸和流动过程进行拍摄；
[0020]步骤三一：当测量得到的喷放管道内流体的压力接近环境压力时，停止数据采集系统和高速摄影仪的拍摄；
[0021]步骤三二：当设备温度下降至接近环境温度时，对破口模拟模块重置，若进行重复性实验则重复上述步骤，若进行其余工况下的实验则调节加热锅炉重新获取符合要求的水之后重复上述步骤，直至完成破口喷放实验。
[0022]本专利技术与现有技术相比具有以下效果：...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种分离性破口喷放实验装置，它包括喷放管道(1)，其特征在于：它还包括破口模拟模块(2)、可移动测量模块(3)、数据采集系统和可视化测量系统，喷放管道(1)的端部与破口模拟模块(2)连接，可移动测量模块(3)位于大气环境下，且可移动测量模块(3)位于破口模拟模块(2)的下游，通过调整可移动测量模块(3)上压力传感器(303)的位置实现对喷放过程中不同位置的环境背压压力响应的测量，数据采集系统通过数据连接线分别与喷放管道(1)和可移动测量模块(3)上的传感器连接，可视化测量系统通过位于破口模拟模块(2)和可移动测量模块(3)下侧的高速投影仪(501)实现流体的喷放现象观测和记录。2.根据权利要求1所述的一种分离性破口喷放实验装置，其特征在于：喷放管道(1)包括闸阀(101)、第一热电偶(106)、第一压力传感器(102)、第二压力传感器(103)、第三压力传感器(104)、排气阀(108)、第四压力传感器(105)、管道本体(109)和第二热电偶(107)，闸阀(101)安装在管道本体(109)的左端面上，第一压力传感器(102)、第二压力传感器(103)、第三压力传感器(104)和第四压力传感器(105)由左至右依次安装在管道本体(109)上，第一热电偶(106)和第二热电偶(107)分别安装在管道本体(109)的左右两侧，排气阀(108)安装在第四压力传感器(105)左侧的管道本体(109)上，管道本体(109)的管道外壁设有隔热层。3.根据权利要求2所述的一种分离性破口喷放实验装置，其特征在于：闸阀(101)的法兰盘与外部加热加压补水系统连接。4.根据权利要求3所述的一种分离性破口喷放实验装置，其特征在于：喷放管道(1)还包括多个螺纹管座，第一热电偶(106)、第一压力传感器(102)、第二压力传感器(103)、第三压力传感器(104)、第四压力传感器(105)和和第二热电偶(107)均通过螺纹管座安装在管道本体(109)上，且第一压力传感器(102)、第二压力传感器(103)、第三压力传感器(104)和第四压力传感器(105)的探测面均与管道本体(109)内壁面相切。5.根据权利要求4所述的一种分离性破口喷放实验装置，其特征在于：破口模拟模块(2)包括法兰(201)、密封环、耐温耐压钢化玻璃薄片(202)和安全锤(203)，密封环分别安装在耐温耐压钢化玻璃薄片(202)的两侧并内嵌在法兰(201)上，法兰(201)安装在管道本体(109)的右端面上，安全锤(203)通过支架安装在法兰(201)上方，且安全锤(203)的锤头朝向耐温耐压钢化玻璃薄片(202)。6.根据权利要求5所述的一种分离性破口喷放实验装置，其特征在于：可移动测量模块(3)包括支架、多个滑块(301)、带有刻度尺的导轨(302)和若干个第五压力传感器(303)，支架安装在破口模拟模块(2)的下游处，导轨(302)安装在支架上，且导轨(302)的中线与管道本体(109)的轴线共线，多个滑块(301)由左至右依...
【专利技术属性】
技术研发人员：何晓强，高璞珍，张泽，王建军，温济铭，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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