棒束通道流動可視化實驗系統技術方案

本實用新型專利技術提供一種棒束通道流動可視化實驗系統，包括水回路、示蹤劑支路、棒束通道和數據采集系統四個部分。水回路中的主要設備包括循環水箱、離心泵、流量計、溫度計和壓力表；示蹤劑支路主要包括示蹤劑存儲箱、注入泵、調節閥門、示蹤劑注入針頭；棒束通道主要包括通道本體、可視化棒束、定位格架、排氣閥；采集系統部分主要包括電腦、數據采集板和攝像機。本實用新型專利技術可以模擬反應堆棒束通道中的單相流動，從而對棒束通道流動特性進行可視化研究，系統簡單緊湊，價格低廉，可視化觀測方便，研究工況范圍廣。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種實驗系統，尤其涉及一種棒束通道流動可視化實驗系統，涉及到的
包括流體力學、反應堆熱工水力學。
技術介紹
在核能工程行業，棒束通道是堆芯的基本流道形式。對棒束通道流動特性的掌握，有助于實現堆芯流量更好的分配，降低堆芯的局部熱點溫度，從而提升反應堆的安全特性，因此國內外許多學者對此做出了大量的研究。傳統的實驗研究方法是壓降判別法，即由測量通道內的壓降，來分析通道內的阻力特性，從而對流動特性進行研究。但是這種方法只能通過測得的宏觀參數，進而對棒束內的流動形式進行推演，不能夠直接獲取流道內的微觀流動特性，例如流態、漩渦、流速分布等。然而這些微觀參數對于堆芯的設計有著至關重要的作用，為了對棒束流動特性進行精細化研究，研究者們采用了 PIV技術或LDV技術對棒束流道內的流場進行了研究。如Conner等(Hydraulic benchmark data for PffR mixing vanegrid)在研究帶定位格架的棒束流道時采用了 PIV技術，對流道內的速度分布進行了測量。該文中也采用了可視化的研究方法，但是作者在試驗中將微細的示蹤粒子與循環水直接混合在一起，無法直觀的觀察到示蹤粒子的運動狀態，需要通過特殊的算法來實現速度場的重構。Sang Yong Han 等(Measurements of the flow characteristics of the lateralflow in the 6X6rod bundles with Tandem Arrangement Vanes)在研究帶 6X6 棒束通道橫流時采用了 LDV技術就行了實驗。由于該技術在壁面附近精確度較差，因此作者在進行實驗中采用了等比例放大的模型，而不是根據實際尺寸進行的實驗，實驗結果不夠直觀。而且不論是PIV還是LDV，都是通過獲取流道內的速度場分布來對流道內流動進行分析，且需要經過較為復雜技術處理，不能直觀的對流道內的混合過程進行觀測。而且這兩種實驗技術依賴于昂貴的實驗設備，研究成本高。因此有必要設計一種用于模擬棒束通道流動的可視化實驗系統，實現對棒束流道內流動特性方便、廉價、直觀的可視化研究。
技術實現思路
本技術的目的是為了提供一種簡單緊湊，價格低廉，可視化觀測方便，研究工況范圍廣的棒束通道流動可視化實驗系統。本技術的目的是這樣實現的:包括水回路、數據采集系統、棒束通道和示蹤劑支路，所述水回路包括依次用管路連接的循環水箱、離心栗、第一閥門、第二閥門和流量計，流量計端部的管路上還設置有溫度計和壓力表，第一閥門和第二閥門之間的管路上與循環水箱之間設置有第三閥門，循環水箱中裝有循環工質，所述數據采集系統包括電腦、攝像機和與電腦連接的數據采集板，所述棒束通道包括通道本體、安裝在通道本體兩個端部的法蘭、設置在通道本體內的可視化棒束和安裝在可視化棒束上的定位格架，通道本體的上還設置有排氣閥，所述示蹤劑支路包括依次相連的示蹤劑水箱、注入栗、第四閥門和示蹤劑注入針頭，所述溫度計、壓力表和流量計都與數據采集板連接，流量計端部的管路與通道本體的入口端相連，通道本體的出口端通過管路與循環水箱連接，所述示蹤劑注入針頭插進通道本體與可視化管束形成的空隙中。本技術還包括這樣一些結構特征:1.所述可視化棒束的材料的折射率與循環工質的材料的折射率相差小于5%，所述可視化棒束的兩端用金屬棒塞住，且所述可視化棒束內充滿水。2.所述通道本體的材料是有機玻璃。與現有技術相比，本技術的有益效果是:1)本技術采用了示蹤劑的可視化方法，能夠直觀方便的對棒束通道流動特性進行研究；(2)采用與循環工質折射率相近的棒束材料兩端塞上金屬材料，即能夠消除圖像畸變，又能夠增加結構強度，保證棒束直度；(3)采用注入栗注入示蹤劑，能夠準確的控制注入流量，有助于精細化研究；(4)結構簡單，價格低廉，易加工?！靖綀D說明】圖1是本技術的系統結構示意圖；圖2是本技術的棒束通道不意圖；圖3是本技術的數據采集系統示意圖?！揪唧w實施方式】下面結合附圖與【具體實施方式】對本技術作進一步詳細描述。結合圖1，本技術包括水回路、示蹤劑支路、棒束通道和數據采集系統四個部分。流動系統中的主要設備包括循環水箱1、離心栗2、第一閥門3、第三閥門4、第二閥門5、流量計6、溫度計7和壓力表8，用以實現工質的單相循環流動，通過調節第一閥門3、第三閥門4、第二閥門5的開度可以調節回路流量。示蹤劑支路主要包括示蹤劑水箱9、注入栗10、調節第四閥門11、示蹤劑注入針頭，用以提供適當流量的示蹤劑。棒束通道主要包括通道本體13、可視化棒束14、定位格架15、排氣閥16，用以模擬反應堆棒束通道內的流動。采集系統部分主要包括電腦17、數據采集板18和攝像機19，用以記錄實驗圖像以及相關參數。實驗時將各部分按照圖中所示結構將各部分用連接，即可完成本裝置的安裝。實驗時，將回路充滿水，利用排氣閥16將回路中的空氣排出；回路中工質在離心栗2的驅動下循環流動，通過調節三個閥門3、4、5的開度來調節回路流量。流動工質依次經過流量計6、溫度表7、壓力表8后進入棒束通道。示蹤劑存儲箱9中存儲的示蹤劑在注入栗10的驅動下經由注入針頭注入棒束通道，通過調節閥門11調節注入流量。利用攝像機19對所觀測位置進行拍攝，并用電腦19存儲拍攝圖像。結合圖2，在本技術中，可視化棒束由本體13、可視化棒束14以及定位格架15構成。實驗本體13的四壁由有機玻璃粘接而成，有助于可視化觀測；本體兩端由法蘭盤封閉，本體的拆卸方便，以利于本體內棒束結構的調整。可視化棒束14是采用與循環工質折射率相近的材料做成的空心管道，可防止拍攝圖像的畸變；管道兩端用金屬棒20塞住，以增強棒束的強度。通道本體加工時，先按照所模擬棒束通道的尺寸分別加工好流道本體以及可視化棒束；再利用定位格架將棒束按照相應的形式排列固定；然后將可視化棒束從本體兩端放入流道本體中，再將本體兩端法蘭安裝上，即可完成棒束通道的加工。結合圖3，在本技術中，流量計6、溫度表7、壓力表8所采集的數據通過數據采集板18記錄下來，存儲至電腦17 ;與此同時，攝像機19拍攝的圖像也通過電腦17進行記錄，以便于進一步的數據分析。本技術的棒束通道內的棒束采用與工質折射率相近的材料，相差不高于5%，透過棒束拍攝時不會引因為工質與棒束的強度以及直度。束通道兩端采用法蘭盤密封的方式，不但能夠有效防止漏水，還有利于棒束通道的拆卸，方便通道內棒束結構的調整。示蹤劑通過注入栗注入，能夠通過控制閥門精確控制注入示蹤劑的流量，以適應相應的工況。【主權項】1.棒束通道流動可視化實驗系統，其特征在于:包括水回路、數據采集系統、棒束通道和示蹤劑支路，所述水回路包括依次用管路連接的循環水箱、離心栗、第一閥門、第二閥門和流量計，流量計端部的管路上還設置有溫度計和壓力表，第一閥門和第二閥門之間的管路上與循環水箱之間設置有第三閥門，循環水箱中裝有循環工質，所述數據采集系統包括電腦、攝像機和與電腦連接的數據采集板，所述棒束通道包括通道本體、安裝在通道本體兩個端部的法蘭、設置在通道本體內的可視化棒束和安裝在可視化棒束上的定位格架，通道本體的上還設置有排氣閥，所述示蹤劑支路包括本文檔來自技高網...

【技術保護點】
棒束通道流動可視化實驗系統，其特征在于：包括水回路、數據采集系統、棒束通道和示蹤劑支路，所述水回路包括依次用管路連接的循環水箱、離心泵、第一閥門、第二閥門和流量計，流量計端部的管路上還設置有溫度計和壓力表，第一閥門和第二閥門之間的管路上與循環水箱之間設置有第三閥門，循環水箱中裝有循環工質，所述數據采集系統包括電腦、攝像機和與電腦連接的數據采集板，所述棒束通道包括通道本體、安裝在通道本體兩個端部的法蘭、設置在通道本體內的可視化棒束和安裝在可視化棒束上的定位格架，通道本體的上還設置有排氣閥，所述示蹤劑支路包括依次相連的示蹤劑水箱、注入泵、第四閥門和示蹤劑注入針頭，所述溫度計、壓力表和流量計都與數據采集板連接，流量計端部的管路與通道本體的入口端相連，通道本體的出口端通過管路與循環水箱連接，所述示蹤劑注入針頭插進通道本體與可視化管束形成的空隙中。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：譚思超，王嘯宇，王瑞奇，米爭鵬，李興，趙婷杰，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：新型
國別省市：黑龍江;23