一种可视化窄矩形自然循环系统技术方案

本发明专利技术公开了属于热工水力安全领域的一种可视化窄矩形自然循环系统。该系统中的循环工质是水，并通过可视化窗口对水流动现象进行观察记录。具体流程为：该系统回路依靠加热段对工质水进行加热，使其在矩形通道被加热并沸腾；然后工质水通过顶部的冷凝器冷却，流过下降段；并在底部的预热器预热，产生密度差，实现自然循环。运行时，通过可视化窗口观察流动现象。本系统在严格精确的设计计算后制造成功。本发明专利技术的有益效果为：加热段拥有长达1000mm的可视化石英玻璃窗口，实现了一定压力和较高温度下的长期运行，系统安全可靠，有助于总体机械设备构造、工程实验、热工水力科学研究。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热エ水力安全领域，特别涉及ー种可视化窄矩形自然循环系统。
技术介绍
自然循环在エ业各个领域具有重要的利用价值。比如在火电中，有自然循环锅炉；而在核电中，则利用自然循环在严重事故时导出堆芯余热、保证核反应堆的安全；特别是第三代先进反应堆AP1000更多地采用了自然循环技木。在军事方面利用自然循环，省去了传统的循环动カ泵，能増加潜艇隐蔽性，增强其战略意义。另外，窄矩形通道能強化传热，减小换热的体积，使结构变得紧凑。因此窄矩形通道的自然循环有重要的学术和工程意义。 但是，自然循环自身形成的一些机理人们还没有充分的了解，如欠热沸腾起始点(0ΝΒ)、临界热流密度(CHF)以及通道内流型转换等问题，这些是影响自然循环安全性的重要问题。由于自然循环是依靠自身的特点，耦合了温度、压カ以及管道特性等因素，最終在回路中形成不需要泵等其他外在动カ源的流动。由于自然循环对加热量和流动条件十分敏感，因此各种微小的扰动因素，都可能引起自然循环的质量流量、流型等较大的波动。质量流量的改变在很大程度上会危及导出热量的安全性，最終可能导致CHF的发生。由于设计与加工的困难，现在研究自然循环的系统多是全封闭，没有可视化窗ロ ；或者是在封闭的窗口上开几个小口以进行观察流动现象；或者在可视化窗ロ的长度上远远小于1000mm。虽然通过其它办法进行測量，但无法实现直接观察，结论并不直观和精确，会局限工程运行及科学实验研究。
技术实现思路
本专利技术针对上述缺陷公开了ー种可视化窄矩形自然循环系统。ー种可视化窄矩形自然循环系统的结构如下预热段、矩形通道可视化加热段、冷凝器和涡轮流量计通过管路装配在一起，从而形成了回路，预热段位于该回路的底部，矩形通道可视化加热段位于该回路的左侧，冷凝器位于该回路的顶部，涡轮流量计位于该回路的右侧；水箱通过第一阀门和管路与预热段装配在一起，氮气瓶、第二阀门和稳压罐通过管路装配在一起，稳压罐通过管路与冷凝器和涡轮流量计装配在一起，水泵、浮子流量计和冷凝器通过管路装配在一起；氮气瓶、水泵和水箱都置于地面。所述水箱装有去离子水。所述预热段呈圆柱形，预热段中装有8个加热管，每个加热管的额定功率为5kW ；预热段的加热功率为OkW到40kW。所述可视化窄矩形自然循环系统的最高点距离地面3. 3m。所述管路为无缝钢管,其外径为32mm,内径为25mm。所述矩形通道可视化加热段的结构如下钢板、石英玻璃通过螺栓固定在一起；密封垫片、密封薄垫和加热板三者紧密地装配在一起，密封垫片、密封薄垫和加热板三者均位于钢板和石英玻璃之间；温控装置敷设在钢板上；石英玻璃的长度为1000mm，宽度为40mm ；石英玻璃上开槽形成流动通道，其横截面尺寸为40mmX2mm ；钢板背面敷设有20个热电偶，这20个热电 偶等距离分布；钢板外面包裹着珍珠岩材料；螺栓上包裹着绝缘材料。所述加热板的长度为IOOOmm ;所述热电偶为铠装热电偶。所述矩形通道可视化加热段与管路的连接处包裹着绝缘材料；所述矩形通道可视化加热段的加热功率最大值为30kW。所述水箱的容积为O. 15m3 ；所述氮气瓶的型号为GB/8980 ；所述稳压罐为隔膜式气压罐；所述涡轮流量计的型号是LW-10，量程为0-1200L/H ；所述浮子流量计型号为LZB-苏制05000132。本专利技术的有益效果为本专利技术解决了在一定压力、较高温度下的安全稳定运行难题，将可视化窗ロ的长度做到了 1000mm，可以更全面、方便、安全的对流动现象进行观察和记录本专利技术利用高速摄像仪可对流动通道内的现象进行观察并记录，有利于直观、准确地握通道内的流动状况。可实现一定压カ和较高温度下的长期运行，系统安全可靠，有助于总体机械设备构造、工程实验、热エ水力科学研究。附图说明图I为可视化窄矩形自然循环系统图；图2为矩形通道可视化加热段的立体图；图3a为矩形通道可视化加热段的截面图；图3b为矩形通道可视化加热段的截面放大示意图；图4为热电偶分布示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进ー步说明。如图I所示，ー种可视化窄矩形自然循环系统的结构如下预热段5、矩形通道可视化加热段6、冷凝器7和涡轮流量计4通过管路装配在一起，从而形成了回路，预热段5位于该回路的底部，矩形通道可视化加热段6位于该回路的左侧，冷凝器7位于该回路的顶部，涡轮流量计4位于该回路的右侧；水箱I通过第一阀门16和管路与预热段5装配在一起，氮气瓶2、第二阀门17和稳压罐3通过管路装配在一起，稳压罐3通过管路与冷凝器7和涡轮流量计4装配在一起，水泵8、浮子流量计9和冷凝器7通过管路装配在一起；氮气瓶2、水泵8和水箱I都置于地面。所述水箱I装有去离子水。所述预热段5呈圆柱形，预热段5中装有8个加热管，每个加热管的额定功率为5kff ;预热段5的加热功率为OkW到40kW (预热段5使用交流电加热)。加热管通过预热段5两端的安装孔插入，使用380V的交流电对加热管进行加热，通过配电柜确保每个加热管都能稳定的进行工作。预热器的8个加热管中，在加热工作室一般两个加热管的工作状态是常开状态。另外的加热管的工作状态可根据实验进行的需要进行人为的控制，从而保证可视化加热段入ロ温度的在需要的范围内。所述 可视化窄矩形自然循环系统的最高点距离地面3. 3m。所述管路为无缝钢管,其外径为32mm,内径为25mm。如图2、图3a和图3b所示，矩形通道可视化加热段6的结构如下钢板10、石英玻璃13通过螺栓15固定在一起；密封垫片12、密封薄垫14和加热板11三者紧密地装配在一起，密封垫片12、密封薄垫14和加热板11三者均位于钢板10和石英玻璃13之间；密封垫片12起密封作用。密封薄垫14, 一方面用于密封,另ー方面用于软化接触。加热板11采用低电压高电流直加热板。矩形通道可视化加热段6通道最高能承受4MPa压カ以及500°C高温。螺栓15同时起着组装加固的作用。当加热板11壁温的温升超过15°C /s时，将自动切断电源停止加热。温控装置20敷设在钢板10上；石央玻璃13的长度为lOOOrnrn，览度为40皿η ；石英玻璃13上开槽形成流动通道18，流动通道18横截面尺寸为40mmX 2mm ;エ质在流动通道18中流动；流动通道18为窄矩形通道，流动通道18内截面为最窄处为;宽边为3mm-1Omm ;流动通道18有一个面是不锈钢加热背板，其余三面为透光石英玻璃；如图4所示，钢板背面敷设有20个热电偶19 (在钢板10背面打小孔敷设热电偶19)，这20个热电偶19等距离分布；热电偶19用来记录加热段加热板壁面不同点温度变化情況。钢板10外面包裹着珍珠岩材料，以减小加热壁面上的热量散失。螺栓15上包裹着绝缘材料。所述加热板11的长度为IOOOmm ;所述热电偶19为铠装热电偶。所述矩形通道可视化加热段6与管路的连接处包裹着绝缘材料；所述矩形通道可视化加热段6的加热功率最大值为30kW(通过低电压高电流进行加热)。所述水箱I的容积为O. 15m3 ；所述氮气瓶2的型号为GB/8980 ;所述稳压罐3为隔膜式气压罐；所述涡轮流量计4的型号是LW-10，量程为0-1200L/H ;所述浮子流量计9型号为LZB-苏制05000132。一般以往类似的自然循环系统的运行总功率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，邹文重，张蕾，苏子威，盛程，洪德训，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：