棒束通道流动可视化实验系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种棒束通道流动可视化实验系统，包括水回路、示踪剂支路、棒束通道和数据采集系统四个部分。水回路中的主要设备包括循环水箱、离心泵、流量计、温度计和压力表；示踪剂支路主要包括示踪剂存储箱、注入泵、调节阀门、示踪剂注入针头；棒束通道主要包括通道本体、可视化棒束、定位格架、排气阀；采集系统部分主要包括电脑、数据采集板和摄像机。本实用新型专利技术可以模拟反应堆棒束通道中的单相流动，从而对棒束通道流动特性进行可视化研究，系统简单紧凑，价格低廉，可视化观测方便，研究工况范围广。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种实验系统，尤其涉及一种棒束通道流动可视化实验系统，涉及到的
包括流体力学、反应堆热工水力学。
技术介绍
在核能工程行业，棒束通道是堆芯的基本流道形式。对棒束通道流动特性的掌握，有助于实现堆芯流量更好的分配，降低堆芯的局部热点温度，从而提升反应堆的安全特性，因此国内外许多学者对此做出了大量的研究。传统的实验研究方法是压降判别法，即由测量通道内的压降，来分析通道内的阻力特性，从而对流动特性进行研究。但是这种方法只能通过测得的宏观参数，进而对棒束内的流动形式进行推演，不能够直接获取流道内的微观流动特性，例如流态、漩涡、流速分布等。然而这些微观参数对于堆芯的设计有着至关重要的作用，为了对棒束流动特性进行精细化研究，研究者们采用了 PIV技术或LDV技术对棒束流道内的流场进行了研究。如Conner等(Hydraulic benchmark data for PffR mixing vanegrid)在研究带定位格架的棒束流道时采用了 PIV技术，对流道内的速度分布进行了测量。该文中也采用了可视化的研究方法，但是作者在试验中将微细的示踪粒子与循环水直接混合在一起，无法直观的观察到示踪粒子的运动状态，需要通过特殊的算法来实现速度场的重构。Sang Yong Han 等(Measurements of the flow characteristics of the lateralflow in the 6X6rod bundles with Tandem Arrangement Vanes)在研究带 6X6 棒束通道横流时采用了 LDV技术就行了实验。由于该技术在壁面附近精确度较差，因此作者在进行实验中采用了等比例放大的模型，而不是根据实际尺寸进行的实验，实验结果不够直观。而且不论是PIV还是LDV，都是通过获取流道内的速度场分布来对流道内流动进行分析，且需要经过较为复杂技术处理，不能直观的对流道内的混合过程进行观测。而且这两种实验技术依赖于昂贵的实验设备，研究成本高。因此有必要设计一种用于模拟棒束通道流动的可视化实验系统，实现对棒束流道内流动特性方便、廉价、直观的可视化研究。
技术实现思路
本技术的目的是为了提供一种简单紧凑，价格低廉，可视化观测方便，研究工况范围广的棒束通道流动可视化实验系统。本技术的目的是这样实现的:包括水回路、数据采集系统、棒束通道和示踪剂支路，所述水回路包括依次用管路连接的循环水箱、离心栗、第一阀门、第二阀门和流量计，流量计端部的管路上还设置有温度计和压力表，第一阀门和第二阀门之间的管路上与循环水箱之间设置有第三阀门，循环水箱中装有循环工质，所述数据采集系统包括电脑、摄像机和与电脑连接的数据采集板，所述棒束通道包括通道本体、安装在通道本体两个端部的法兰、设置在通道本体内的可视化棒束和安装在可视化棒束上的定位格架，通道本体的上还设置有排气阀，所述示踪剂支路包括依次相连的示踪剂水箱、注入栗、第四阀门和示踪剂注入针头，所述温度计、压力表和流量计都与数据采集板连接，流量计端部的管路与通道本体的入口端相连，通道本体的出口端通过管路与循环水箱连接，所述示踪剂注入针头插进通道本体与可视化管束形成的空隙中。本技术还包括这样一些结构特征:1.所述可视化棒束的材料的折射率与循环工质的材料的折射率相差小于5%，所述可视化棒束的两端用金属棒塞住，且所述可视化棒束内充满水。2.所述通道本体的材料是有机玻璃。与现有技术相比，本技术的有益效果是:1)本技术采用了示踪剂的可视化方法，能够直观方便的对棒束通道流动特性进行研究；(2)采用与循环工质折射率相近的棒束材料两端塞上金属材料，即能够消除图像畸变，又能够增加结构强度，保证棒束直度；(3)采用注入栗注入示踪剂，能够准确的控制注入流量，有助于精细化研究；(4)结构简单，价格低廉，易加工。【附图说明】图1是本技术的系统结构示意图；图2是本技术的棒束通道不意图；图3是本技术的数据采集系统示意图。【具体实施方式】下面结合附图与【具体实施方式】对本技术作进一步详细描述。结合图1，本技术包括水回路、示踪剂支路、棒束通道和数据采集系统四个部分。流动系统中的主要设备包括循环水箱1、离心栗2、第一阀门3、第三阀门4、第二阀门5、流量计6、温度计7和压力表8，用以实现工质的单相循环流动，通过调节第一阀门3、第三阀门4、第二阀门5的开度可以调节回路流量。示踪剂支路主要包括示踪剂水箱9、注入栗10、调节第四阀门11、示踪剂注入针头，用以提供适当流量的示踪剂。棒束通道主要包括通道本体13、可视化棒束14、定位格架15、排气阀16，用以模拟反应堆棒束通道内的流动。采集系统部分主要包括电脑17、数据采集板18和摄像机19，用以记录实验图像以及相关参数。实验时将各部分按照图中所示结构将各部分用连接，即可完成本装置的安装。实验时，将回路充满水，利用排气阀16将回路中的空气排出；回路中工质在离心栗2的驱动下循环流动，通过调节三个阀门3、4、5的开度来调节回路流量。流动工质依次经过流量计6、温度表7、压力表8后进入棒束通道。示踪剂存储箱9中存储的示踪剂在注入栗10的驱动下经由注入针头注入棒束通道，通过调节阀门11调节注入流量。利用摄像机19对所观测位置进行拍摄，并用电脑19存储拍摄图像。结合图2，在本技术中，可视化棒束由本体13、可视化棒束14以及定位格架15构成。实验本体13的四壁由有机玻璃粘接而成，有助于可视化观测；本体两端由法兰盘封闭，本体的拆卸方便，以利于本体内棒束结构的调整。可视化棒束14是采用与循环工质折射率相近的材料做成的空心管道，可防止拍摄图像的畸变；管道两端用金属棒20塞住，以增强棒束的强度。通道本体加工时，先按照所模拟棒束通道的尺寸分别加工好流道本体以及可视化棒束；再利用定位格架将棒束按照相应的形式排列固定；然后将可视化棒束从本体两端放入流道本体中，再将本体两端法兰安装上，即可完成棒束通道的加工。结合图3，在本技术中，流量计6、温度表7、压力表8所采集的数据通过数据采集板18记录下来，存储至电脑17 ;与此同时，摄像机19拍摄的图像也通过电脑17进行记录，以便于进一步的数据分析。本技术的棒束通道内的棒束采用与工质折射率相近的材料，相差不高于5%，透过棒束拍摄时不会引因为工质与棒束的强度以及直度。束通道两端采用法兰盘密封的方式，不但能够有效防止漏水，还有利于棒束通道的拆卸，方便通道内棒束结构的调整。示踪剂通过注入栗注入，能够通过控制阀门精确控制注入示踪剂的流量，以适应相应的工况。【主权项】1.棒束通道流动可视化实验系统，其特征在于:包括水回路、数据采集系统、棒束通道和示踪剂支路，所述水回路包括依次用管路连接的循环水箱、离心栗、第一阀门、第二阀门和流量计，流量计端部的管路上还设置有温度计和压力表，第一阀门和第二阀门之间的管路上与循环水箱之间设置有第三阀门，循环水箱中装有循环工质，所述数据采集系统包括电脑、摄像机和与电脑连接的数据采集板，所述棒束通道包括通道本体、安装在通道本体两个端部的法兰、设置在通道本体内的可视化棒束和安装在可视化棒束上的定位格架，通道本体的上还设置有排气阀，所述示踪剂支路包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
棒束通道流动可视化实验系统，其特征在于：包括水回路、数据采集系统、棒束通道和示踪剂支路，所述水回路包括依次用管路连接的循环水箱、离心泵、第一阀门、第二阀门和流量计，流量计端部的管路上还设置有温度计和压力表，第一阀门和第二阀门之间的管路上与循环水箱之间设置有第三阀门，循环水箱中装有循环工质，所述数据采集系统包括电脑、摄像机和与电脑连接的数据采集板，所述棒束通道包括通道本体、安装在通道本体两个端部的法兰、设置在通道本体内的可视化棒束和安装在可视化棒束上的定位格架，通道本体的上还设置有排气阀，所述示踪剂支路包括依次相连的示踪剂水箱、注入泵、第四阀门和示踪剂注入针头，所述温度计、压力表和流量计都与数据采集板连接，流量计端部的管路与通道本体的入口端相连，通道本体的出口端通过管路与循环水箱连接，所述示踪剂注入针头插进通道本体与可视化管束形成的空隙中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭思超，王啸宇，王瑞奇，米争鹏，李兴，赵婷杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江;23