CN104505131A - 具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统及其测量方法，破口模拟系统包括破口喷放模拟管路、汽水分离器、蒸汽测量管路、称重测量管路，汽水分离器上设置有两相流入口、蒸汽出口和液相出口：破口喷放模拟管路上游连接高温高压热工水力回路的破口，下游连接两相流入口；蒸汽测量管路上游连接蒸汽出口；称重测量管路上游连接在汽水分离器的液相出口上。本发明采用汽水分离器把两相临界流分离为单相饱和蒸汽和单相饱和水，采用蒸汽流量计和称重法相结合的方法，实现破口喷放两相临界流的测量，解决了高温高压流体破口喷放的临界流难以测量问题，增设了破口喷放模拟管路，解决了破口模拟件、破口控制阀、破口测量系统布设问题。

Description

具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统及其测量方法

技术领域

本发明涉及两相临界流实验研究领域，具体地，涉及一种具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统及其测量方法。

背景技术

在核技术领域，破口失水事故是发生几率比较高的反应堆事故之一。失水事故时的两相临界流对反应堆安全有重要意义。这是因为破口的临界流量决定了堆芯冷却剂的丧失速度和一回路系统的泄压速度，它的大小不仅直接影响到堆芯的冷却能力，而且还决定各种安全和应急系统的动作时间。到目前为止，国际上开展了一些的两相临界流实验研究，并在不同的两相不平衡性假设下提出了各种物理模型(如Henry-Fauske非平衡模型)，形成了RELAP5、RETRAN等反应堆安全瞬态分析程序。但从总体上讲，还缺乏足够的实验数据论证现有的两相临界流模型的适用范围是否覆盖了反应堆失水事故两相临界流的破口结构尺寸和工况范围，也缺乏有效的实验数据论证反应堆失水事故时在各种安全和应急系统的作用下破口上游滞止参数和两相临界流的变化特性。在电站锅炉、石油、化工等系统中，两相临界流现象同样广泛存在，因而对两相临界流进行深入的实验研究具有重要的意义。

在反应堆失水事故应急安全系统的实验研究中，破口喷放的模拟技术和两相临界流流量测量技术是较为关键的试验技术。在破口模拟方面，由于破口所在位置一般与反应堆压力容器模拟体、稳压器、泵等大型设备很近，且处于一回路管道、二回路管道、安全系统管道、辅助系统管道、仪表管道等各种类型管道交叉纵横最密集的范围，从而使得难以在破口位置附近布置破口模拟件、破口控制阀、破口流量测量系统。

在失水事故两相流测量方面，失水事故两相临界流具有如下特点：反应堆一回路压力、温度等上游滞止参数随时间变化快，使两相临界流瞬时流量变化大，且喷放流体的汽液各自份额、温度等参数也随时间的变化幅度较大；反应堆一回路为高温高压流体，喷放流体的热容高，且含有大量的水蒸汽；两相临界流处于动力学和热力学不平衡，汽液流动相当复杂。如果采用常规的单相流体流量测量仪器，如文丘里流量计、涡街流量计等，由于其测量原理是基于单相流体，难以给出汽液两相流的精确流量值。如果采用常规的称重法，只能给出汽液两相的总流量，且由于破口喷放的两相流体热容高，含有大量的水蒸汽，特别对于大破口喷放而言，当喷放流体进入到称重法所用的敞口容器时很可能来不及冷却而向大气挥发出大量蒸汽，影响临界流测量的精度。现有技术中，有采用汽水分离器把两相流分离为可测量的单相水和单相气/汽的方法，该方法采用带刻度的石英玻璃测量单相水流量，而采用气体流量计测量单相气/汽流量，但该方法中石英玻璃难以承受失水事故两相临界流喷放流体的热冲击，同时在安全系统的作用下喷放流体中液相的温度和密度随时间可能发生变化，石英玻璃仅测量液相的体积流量不能给出质量流量，而且石英玻璃的刻度采用人工读数，难以给出精确的流量瞬时变化值。此外，对于大破口喷放的临界流，其液相流量较大，容易超出普通的测量容器或者测量装置的量程，无法进行测量，如果中途停止测量而排出容器或装置的已测液相流体，由于喷放的液相流体一直进入到测量容器或装置中，不仅难以完全排出容器或装置中的已测液相流体，而且实验中将损失较大时间范围的有效试验数据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统，该破口模拟系统能够模拟反应堆失水事故的破口结构尺寸，并在一定距离外收集破口喷放流体从而可以布设在距离大型设备、管道交叉处一定距离的地方，布设安装更加容易；该破口模拟系统还能够将破口喷放的瞬态变化、含汽率变化范围较广的高温高压的两相临界流分为汽相流量和液相流量分别加以测量，测量准确性高，本发明还提供了应用该系统测量破口的两相喷放流量的方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统，包括破口喷放模拟管路、汽水分离器、蒸汽测量管路、称重测量管路，所述汽水分离器上设置有两相流入口、蒸汽出口和液相出口，其中：所述破口喷放模拟管路上游连接高温高压热工水力回路的破口，下游连接两相流入口；所述蒸汽测量管路上游连接蒸汽出口，下游连接大气；所述称重测量管路上游连接在汽水分离器的液相出口上，下游连接排水机构；所述称重测量管路包括依次连接的隔离阀A、称重测量装置A、截止阀A，所述称重测量装置A包括用于盛装待测液相流体的测量箱A和用于称重的电子秤A。在核反应堆系统中，前述高温高压热工水力回路的破口为反应堆一回路中的破口；其他系统中，其为相应的热工回路中的破口。本方案中，发明人考虑到在空间布置上失水事故的破口位置到汽水分离器有一定的距离，且破口模拟系统须具有对不同的破口结构尺寸的模拟功能以及对触发破口喷放的控制功能，增设了破口模拟管路。破口喷放模拟管路将高温高压热工水力回路的破口喷放的两相流体引入汽水分离器中，汽水分离器将两相流体分为汽相流体（单相水蒸气）和液相流体（单相饱和水），单相水蒸汽进入到蒸汽测量管路，单相饱和水进入称重测量管路。蒸汽测量管路测得单相水蒸气的流量，称重测量管路采用电子秤称得单相饱和水的重量随时间的变化，从而测得破口喷放的两相临界流总流量和汽液各自的流量。本方案采用汽水分离器分离破口喷放模拟管路喷放的两相临界流，既兼顾了称重法对瞬时变化较大的液相流量测量准确度高的优点，也避免了传统称重法使用敞口容器时大量蒸汽挥发导致测量不准确的问题，相比于测量液相体积流量的方法（如采用带刻度的石英玻璃管测量），在由于安全系统的作用而使失水事故喷放流体的温度密度可能发生变化的情况下，本方案可获得较为准确的测量值；另外，由于喷放流体进入到测量容器中，液位波动较大，体积流量法通常测量容器的液位或求出体积，并且采用人工读数，难以给出液相流量的瞬时变化值，因此，一般应用于稳态条件下的流量测量，而本方案中采用称重测量、电子秤自动记录，称量更加准确。此外，破口模拟管路能够模拟反应堆失水事故的破口结构尺寸，并在一定距离外收集喷放流体从而可以将测量装置布设在距离大型设备、管道交叉处一定距离的地方，更加容易布设安装。

作为本发明的进一步改进，上述破口喷放模拟管路上依次设置有大小头、破口模拟件、气动快开球阀，其中气动快开球阀下游连接汽水分离器的两相流入口，大小头上游连接高温高压热工水力回路的破口。发明人考虑到高温高压热工水力回路的破口位置一般位于大型设备、管道系统交叉纵横最密集的地方，为了避免在设备或管道最密集的破口位置处发生临界流或者形成较大的压降，从而难以实现参数的测量或破口的模拟或更换，所述破口模拟管路在大小头下游依次设置了破口模拟件、气动快开球阀，用于控制破口喷放的触发和隔离高温高压热工水力回路与汽水分离器，从而可以在一定距离外收集喷放流体从而可以将测量装置布设在距离大型设备、管道交叉处一定距离的地方，更加容易布设安装。。

进一步，所述大小头为渐扩大小头，大口端下游连接破口模拟件，小口端连接高温高压热工水力回路的破口，其大口端内径为小口端内径的4到5倍，渐扩角度为8°-12°，使大小头在形状阻力压降和摩擦阻力压降的总和上为最小值；所述破口模拟件为节流孔板，节流孔板的孔径等于所需模拟破口的内径，厚度等于所需模拟破口的长度，可通过更换节流孔板以模拟不同的破口尺寸；所述高温高压热工水力回路破口位置的开口内径为所需模拟破口的最大内径的2倍-3倍，所述大小头距离高温高压热工水力回路破口80mm-100mm即在高温高压热工水力回路破口位置下游80mm-100mm处设置渐扩的大小头，通过增设破口模拟件以模拟破口尺寸，且在破口模拟件中发生临界流或者形成大压降。

进一步，所述汽水分离器为旋叶式汽水分离器，其两相流入口和液相出口设置在底部、蒸汽出口设置在顶部，且汽水分离器上还设置有安全接口，所述安全接口上还连接有安全阀。破口喷放模拟管路的汽水两相临界流通过底部两相流入口进入到汽水分离器中，在旋叶片的作用下，向上流动的两相水通过离心分离，单相水蒸汽向上从蒸汽出口进入到蒸汽测量管路，单相饱和水被导水槽收集进入到称重测量管路。

进一步，所述蒸汽测量管路上沿蒸汽流动方向依次设置有蒸汽流量计和调节汽水分离器及其连通管道内压力的压力控制阀。蒸汽流量计通过压力控制阀接入大气中，所述蒸汽流量计用于测量饱和水蒸气流量，所述压力控制阀用于控制汽水分离器中的压力，通过压力控制阀开度的自动控制调节汽水分离器及其连通管道内的压力，实现了对高温高压热工水力回路破口位置处环境压力的模拟。

进一步，为了解决大破口喷放流量无法一次性测试完毕、且测试准确性不高等问题，上述具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统还包括与称重测量管路并联的辅助称重测量管路，辅助称重测量管路包括依次相连的隔离阀B、称重测量装置B、截止阀B，所述称重测量装置B包括用于盛装待测液相流体的测量箱B和用于称重的电子秤B。本方案中，增设了连接到汽水分离器的液相出口的辅助称重测量管路，2套称重测量管路轮流接收液相流体进行测量，当其中一个测量装置的测量箱中的液相流体到达其设定值时停止接入液相流体，切换到另一个测量装置测量，并清空停止测量的测量装置的测量箱以备下一次测量使用，如此反复，中间无需停顿，更无需人为取下测量箱倒出液相流体，保证了大破口喷放的两相临界流连续无间断的测量，并且测量的准确性高。

进一步，上述具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统还包括2条压力平衡管路，2条压力平衡管路的下游均连接到蒸汽测量管路上游，第一条压力平衡管路上游连接测量箱A，其管路上设置有压力平衡阀A，第二条压力平衡管路上游连接测量箱B，其管路上设置有压力平衡阀B。本方案中测量箱A和测量箱B均连接有压力平衡管路、进水管路和出水管路，其通过压力平衡管路连接到蒸汽测量管路上游，通过隔离阀A开启或隔离汽水分离器到测量箱A的进水管路，通过隔离阀B开启或隔离汽水分离器到测量箱B的进水管路，通过截止阀A控制测量箱A的出水管路的出水，通过截止阀B控制测量箱B的出水管路的出水。本方案中，两个压力平衡管路的作用主要为使相应测量箱与压力控制阀上游压力即汽水分离器的压力相等，在测量箱与汽水分离器的之间建立流动回路，让汽水分离器的分出的液相流体可在重力作用下进入到测量箱。

进一步，所述隔离阀B、隔离阀A、截止阀A和截止阀B均为气动球阀，所述压力平衡阀A和压力平衡阀B均为手动球阀，所述蒸汽测量管路与汽水分离器的蒸汽出口通过法兰密封连接。

具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统的测量方法，包括以下步骤：

（a）：关闭隔离阀B、截止阀A、截止阀B，打开隔离阀A，压力平衡阀A、压力平衡阀B保持开启状态，压力控制阀开度处于100%，保持电子秤A、电子秤B和蒸汽流量计的读数处于自动记录保存状态；

（b）：打开气动快开球阀，压力控制阀根据汽水分离器压力与设定压力值P的偏差自动减小或增加开度；

（c）：观察电子秤A的读数：如果直到实验结束时，电子秤A的读数一直低于设定值M1，则跳转到步骤（g）；当电子秤A的读数大于设定值M1时，打开隔离阀B，经过T1时间后，关闭隔离阀A，跳转到步骤（d）；

（d ）：经过T2时间后，打开截止阀A；在电子秤A的读数小于设定值M2时，关闭截止阀A；

（e）：观察电子秤B的读数：如果直到实验结束时，电子秤B的读数一直低于设定值M3，则跳转到步骤（g）；当电子秤B的读数大于设定值M3时，打开隔离阀A，经过T1时间后，关闭隔离阀B，跳转到步骤（f）；

（f）：经过T2时间后，打开截止阀B；当电子秤B的读数小于某设定值M4时，关闭截止阀B，并跳转到步骤（c）；

（g）：读取所保存的电子秤A、电子秤B、蒸汽流量计的读数，计算液相流量和汽相流量，液相流量等于电子秤A读数随时间的变化率和电子秤B读数随时间的变化率之和，汽相流量为蒸汽流量计读数。

进一步，上述T1和T2的值为10s，M1为测量箱A装入90%水的电子秤A的读数，M2为测量箱A装入10%水的电子秤A的读数，M3为测量箱B装入90%水的电子秤B的读数，M4为测量箱B装入10%水的电子秤B的读数；P为所需模拟破口位置环境压力。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明采用汽水分离器把破口喷放的瞬态变化大、含汽量范围广的汽液两相临界流分离为可测量的单相饱和蒸汽和单相饱和水，采用蒸汽流量计和称重法相结合的方法，既兼顾了称重法对瞬时变化较大的液相流量测量准确度高的优点，也避免了传统称重法使用敞口容器时大量蒸汽挥发导致测量不准确的问题；

2、本发明采用2套称重测量管路轮流接收液相流体进行测量，测量切换过程中无需停顿，更无需人为取下测量箱倒出液相流体，保证了大破口喷放的两相临界流连续无间断的测量，操作方便并且测量的准确性高；

3、本发明采用包含破口模拟件的大口径破口模拟管路用于模拟不同的破口尺寸、控制破口喷放的触发、远程收集破口喷放的两相流体等，通过渐扩大小头和大口径管道使破口模拟管路的压降绝大部分集中在破口模拟件上，实现了破口模拟件、破口控制阀、汽水分离器、称重测量管路以及其它设备可布设在远离设备或管道最密集的破口位置的地方，提高了破口模拟系统布设的可操作性，同时破口模拟管道的布设不影响破口喷放的临界流量，减小了破口两相流测量的系统误差；

4、本发明通过压力控制阀接入大气中，通过压力控制阀开度的自动控制调节汽水分离器及其连通管道内的压力，实现了对原型破口位置处环境压力的模拟，如安全壳压力；

5、本发明系统简单、使用方便，可用于反应堆失水事故两相临界流的实验研究中，作为反应堆失水事故两相临界流特性实验装置的子系统，也可用于锅炉、化工等具有高温高压临界喷放特性的实验研究中，其可以应用在工作压力为常压到15.5MPa，工作温度为常温到350℃的水或蒸汽介质工作条件下。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：

1-反应堆一回路；2-大小头；3-破口模拟件；4-气动快开球阀；5-汽水分离器；6-蒸汽流量计；7-压力控制阀；8-安全阀；9-隔离阀A；10-压力平衡阀A；11. 隔离阀B；12-压力平衡阀B；13-金属软管；14-测量箱B；15-测量箱A；16-电子秤B；17-电子秤A；18-截止阀B；19- 截止阀A；20-排水机构；21-大气。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统，包括破口喷放模拟管路、汽水分离器5、蒸汽测量管路、称重测量管路，所述汽水分离器5上设置有两相流入口、蒸汽出口和液相出口，其中：所述破口喷放模拟管路上游连接高温高压热工水力回路的破口，下游连接两相流入口，前述高温高压热工水力回路是指高温高压流体的热工水力回路，在核反应堆系统中为反应堆一回路，高温高压热工水力回路的破口为反应堆一回路1中的破口；在其他系统中，该破口为相应的热工回路中的破口；所述蒸汽测量管路上游连接在蒸汽出口上，下游连接大气21；所述称重测量管路上游连接在汽水分离器5的液相出口上，下游连接排水机构20，将测量后的液相流体排入排水机构20，该排水机构例如但不限于为地沟。所述称重测量管路包括依次连接的隔离阀A9、称重测量装置A、截止阀A19，而称重测量装置A包括用于盛装待测液相流体的测量箱A15和用于称重的电子秤A17，测量箱A15设置在电子秤17上，其中，测量箱A15通过隔离阀A9所在的进水管路接入到汽水分离器5的液相出口上，通过截止阀A19所在出水管路接入到排水机构20中。本实施例中，破口喷放模拟管路连接到高温高压热工水力回路的破口位置，收集高温高压热工水力回路的破口喷放的两相临界流，并在破口喷放模拟管路中进行了破口尺寸结构的模拟，该管路模拟喷放的两相临界流从两相流入口进入汽水分离器5，经汽水分离器5分离后，汽相流体即单相水蒸气从蒸汽出口流出，液相流体即单相饱和水从液相出口流出，分别进入相应的测量管道进行测量。蒸汽测量管路测得单相水蒸气的流量，称重测量管路采用电子秤测得单相饱和水重量随时间的变化，从而测得破口喷放的两相临界流总流量和汽液各自的流量。本实施例的具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统采用汽水分离器5把破口喷放模拟管路喷放的两相临界流分为可测量的单相饱和水蒸汽和饱和水，采用蒸汽流量计和称重法相结合的方法，既兼顾了称重法对瞬时变化较大的液相流量测量准确度高的优点，也避免了传统称重法使用敞口容器时大量蒸汽挥发导致测量不准确的问题，解决了现有技术中对于瞬态变化大、含汽量范围广的两相临界流难以测量、测量不准确的问题。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例中，上述破口喷放模拟管路上依次设置有大小头2、破口模拟件3、气动快开球阀4，这些部件之间采用大口径不锈钢管道连接，气动快开球阀4下游连接汽水分离器5的两相流入口，其中大小头2为渐扩大小头，大口端下游连接破口模拟件，小口端连接高温高压热工水力回路破口位置，其大口端内径为小口端内径的4到5倍，渐扩角度优化为8°-12°，使大小头2在形状阻力压降和摩擦阻力压降的总和上为最小值。本实施例中，高温高压热工水力回路的破口位置的开口内径设计为所需模拟破口最大内径的2倍-3倍左右，且在高温高压热工水力回路的破口位置下游80mm-100mm处设置渐扩的大小头2，通过大小头2和大口径管道使破口模拟管路的压降绝大部分集中在用于模拟破口尺寸的破口模拟件3上，从而在破口模拟件3中发生临界流或者形成大压降，实现了破口模拟系统可布设在远离设备或管道最密集的破口位置的地方，提高了破口模拟系统布设的可操作性，同时破口模拟管道的布设不影响破口喷放的临界流量，减小了破口两相流测量的系统误差。

本实施例中，破口模拟件3为节流孔板，节流孔板的孔径等于模拟的破口内径，厚度等于模拟的破口长度，可通过更换节流孔板以模拟不同的破口尺寸。实际应用中，其也可以常用其他常用于两相临界流试验中的破口模拟试件。气动快开球阀4的开启时间小于0.5s，用于控制破口喷放的触发和隔离高温高压热工水力回路与汽水分离器，实际应用中气动快开阀4也可采用气动快开球阀和气动闸阀的组合来替代，以增强高温高压热工水力回路与汽水分离器5的隔离效果。

实施例3：

在实施例1或2的基础上，本实施例中，汽水分离器5为旋叶式汽水分离器，其两相流入口和液相出口设置在底部、蒸汽出口设置在顶部，且汽水分离器5上还设置有安全接口，该安全接口上还连接有安全阀8。破口喷放模拟管路的汽水两相临界流通过底部两相流入口进入到汽水分离器5中，在旋叶片的作用下，向上流动的两相临界流通过离心分离，单相水蒸汽向上进入到蒸汽测量管路，单相饱和水被导水槽收集进入到称重测量管路。

实施例4：

在实施例1至3任一实施例的基础上，本实施例中的蒸汽测量管路上沿蒸汽流动方向依次设置有蒸汽流量计6和压力控制阀7，该压力控制阀7优选为电动调节阀，蒸汽测量管路上游与汽水分离器5的蒸汽出口连接，下游与大气21连接，通过压力控制阀7的开度自动调节来控制调节汽水分离器5及其连通管道内的压力，实现了对原型破口位置处环境压力的模拟，如安全壳压力。本实施例中，蒸汽流量计选用阿牛巴流量计，实际应用中可以根据需要选用其它蒸汽流量计测量汽相流量。

实施例5：

在上述实施例的基础上，本实施例的具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统还包括与称重测量管路并联的辅助称重测量管路，辅助称重测量管路的构成与连接方式与称重测量管路相同，包括依次相连的隔离阀B11、称重测量装置B、截止阀B18，所述称重测量装置B包括用于盛装待测液相流体的测量箱B14和用于称重的电子秤B16，测量箱B14设置在电子陈B16上。其中电子秤B16和电子秤A17均采用精密电子秤，使得称量更加准确。测量箱B14通过隔离阀B18所在的进水管路接入到汽水分离器5的液相出口上，通过截止阀B11所在出水管路接入到排水机构20中

为了解决现有技术中大破口喷放的两相临界流的测量问题，本实施例中设置了辅助称重测量管路，这样2套称重测量管路轮流接收液相流体进行测量，当其中一个测量装置的测量箱中的液相流体接近其配套电子秤的量程最大值时停止接入液相流体，切换到另一个测量装置测量，并清空停止测量的测量装置的测量箱以备下一次测量使用，如此反复，中间无需停顿，更无需人为取下测量箱倒出液相流体，保证了大破口喷放的两相临界流连续无间断的测量，并且测量的准确性高。

实施例6：

在实施例5的基础上，本实施例中的具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统还包括2条压力平衡管路，2条压力平衡管路的下游均连接到蒸汽测量管路上游，第一条压力平衡管路上游连接测量箱A15，其管路上设置有压力平衡阀A10，第二条压力平衡管路上游连接测量箱B14，其管路上设置有压力平衡阀B12。

因此，上述测量箱A15和测量箱B14均设置有压力平衡管路、进水管路和出水管路，上述测量箱A15和测量箱B14均采用金属软管13与相应的压力平衡管路、进水管路和出水管路连接，以防止上述管路的重量或其他附加力作用在测量箱上，影响电子秤的测量精度。上述两条压力平衡管路连接到蒸汽测量管路上的压力控制阀7上游，可通过压力平衡阀A10隔离测量箱A15和蒸汽测量管路，可通过压力平衡阀B12隔离测量箱B14和蒸汽测量管路。两个压力平衡管路的作用主要为使相应测量箱与压力控制阀7上游压力即汽水分离器5的压力相等，在测量箱与汽水分离器5的之间建立流动回路，让汽水分离器5的分出的液相流体可在重力作用下进入到测量箱。两个测量箱的进水管路连接到汽水分离器液相出口，通过隔离阀A9开启或隔离汽水分离器5到测量箱A15的管路，通过隔离阀B11开启或隔离汽水分离器5到测量箱B14的管路。两个出水管路连接到地沟，通过截止阀A19控制测量箱A15的出水，通过截止阀B18控制测量箱B14的出水。

本实施例中，所述气动快开球阀4为常闭气动快开球阀，所述隔离阀B11和隔离阀A9、截止阀A19和截止阀B18均为气动球阀，所述压力平衡阀A10和压力平衡阀B12均为手动球阀，所述蒸汽测量管路与汽水分离器5的蒸汽出口通过法兰密封连接。

具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统的测量方法，包括以下步骤：

（a）：关闭隔离阀B（11）、截止阀A（19）、截止阀B（18），打开隔离阀A（9），压力平衡阀A(10)、压力平衡阀B(12)保持开启状态，压力控制阀(7)开度处于100%，保持电子秤A(17)、电子秤B(16)和蒸汽流量计（6）的读数处于自动记录保存状态；

（b）：打开气动快开球阀（4），压力控制阀（7）根据汽水分离器（5）压力与设定压力值P的偏差自动减小或增加开度；

（c）：观察电子秤A（17）的读数：如果直到实验结束时，电子秤A（17）的读数一直低于设定值M1，则跳转到步骤（g）；当电子秤A(17)的读数大于设定值M1时，打开隔离阀B（11），经过T1时间后，关闭隔离阀A（9），跳转到步骤（d）；

（d ）：关闭隔离阀A（9）T2时间后，打开截止阀A（19）；在电子秤A（17）的读数小于设定值M2时，关闭截止阀A（19）；

（e）：观察电子秤B（16）的读数：如果直到实验结束时，电子秤B（16）的读数一直低于设定值M3，则跳转到步骤（g）；当电子秤B(16)的读数大于设定值M3时，打开隔离阀A（9），经过T1时间后，关闭隔离阀B（11），跳转到步骤（f）；

（f）：关闭隔离阀B（11）T2时间后，打开截止阀B（18）；当电子秤B（16）的读数小于某设定值M4时，关闭截止阀B（18），并跳转到步骤（c）；

（g）：读取所保存的电子秤A（17）、电子秤B（16）、蒸汽流量计（6）的读数，计算液相流量和汽相流量，液相流量等于电子秤A（17）读数随时间的变化率和电子秤B（16）读数随时间的变化率之和，汽相流量为蒸汽流量计（6）读数。

本实施例中，T1和T2的值为10s，M1为测量箱A15装入90%水（即测量箱A15内的水为其容积的90%）的电子秤A17的读数，M2为测量箱A15装入10%（即测量箱A15内的水为其容积的10%）水的电子秤A17的读数，M3为测量箱B14装入90%水的电子秤B16的读数，M4为测量箱B14装入10%水的电子秤B16的读数；P为所需模拟破口位置环境压力。

当测量箱A15和测量箱B14相同时，M1=M3，M2=M4。

上述测量方法采用2套称重测量管路轮流接收液相流体进行测量，当测量箱A15中的液相流体到达设定值M1时停止接入液相流体，切换到测量装置B测量，并清空测量箱A15以备下一次测量使用，对测量装置B也进行同样的控制，如此反复，中间无需停顿，更无需人为取下测量箱倒出液相流体，保证了大破口喷放的两相临界流连续无间断的测量，并且测量的准确性高，解决了现有技术中大破口喷放的两相临界流难以测量的问题。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统，其特征在于，包括破口喷放模拟管路、汽水分离器（5）、蒸汽测量管路、称重测量管路，所述汽水分离器（5）上设置有两相流入口、蒸汽出口和液相出口，其中：所述破口喷放模拟管路上游连接高温高压热工水力回路的破口，下游连接两相流入口；所述蒸汽测量管路上游连接蒸汽出口，下游连接大气（21）；所述称重测量管路上游连接在汽水分离器（5）的液相出口上，下游连接排水机构（20）；所述称重测量管路包括依次连接的隔离阀A（9）、称重测量装置A、截止阀A（19），所述称重测量装置A包括用于盛装待测液相流体的测量箱A（15）和用于称重的电子秤A（17）。

2.根据权利要求1所述的具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统，其特征在于，所述破口喷放模拟管路上依次设置有大小头（2）、破口模拟件（3）、气动快开球阀（4），其中气动快开球阀（4）下游连接汽水分离器（5）的两相流入口，大小头（2）上游连接高温高压热工水力回路的破口。

3.根据权利要求2所述的具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统，其特征在于，所述大小头（2）为渐扩大小头，大口端下游连接破口模拟件（3），小口端连接高温高压热工水力回路的破口，其大口端内径为小口端内径的4到5倍，渐扩角度为8°-12°；所述破口模拟件（3）为节流孔板，节流孔板的孔径等于所需模拟破口的内径，厚度等于所需模拟破口的长度；所述高温高压热工水力回路破口位置的开口内径为所需模拟破口的最大内径的2倍-3倍，所述大小头（2）距离高温高压热工水力回路破口80mm-100mm。

4.根据权利要求1所述的具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统，其特征在于，所述汽水分离器（5）为旋叶式汽水分离器，其两相流入口和液相出口设置在底部、蒸汽出口设置在顶部，且汽水分离器（5）上还设置有安全接口，所述安全接口上还连接有安全阀（8）。

5.根据权利要求1所述的具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统，其特征在于，所述蒸汽测量管路上沿蒸汽流动方向依次设置有蒸汽流量计（6）和调节汽水分离器（5）及其连通管道内压力的压力控制阀（7）。

6.根据权利要求1至5任一所述的具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统，其特征在于，还包括与称重测量管路并联的辅助称重测量管路，辅助称重测量管路包括依次相连的隔离阀B（11）、称重测量装置B、截止阀B（18），所述称重测量装置B包括用于盛装待测液相流体的测量箱B（14）和用于称重的电子秤B（16）。

7.根据权利要求6所述的具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统，其特征在于，还包括2条压力平衡管路，2条压力平衡管路的下游均连接到蒸汽测量管路上游，第一条压力平衡管路上游连接测量箱A（15），其管路上设置有压力平衡阀A（10），第二条压力平衡管路上游连接测量箱B（14），其管路上设置有压力平衡阀B（12）。

8.根据权利要求7所述的具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统，其特征在于，所述隔离阀B（11）、隔离阀A（9）、截止阀A（19）和截止阀B（18）均为气动球阀，所述压力平衡阀A（10）和压力平衡阀B（12）均为手动球阀，所述蒸汽测量管路与汽水分离器（5）的蒸汽出口通过法兰密封连接。

9.具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）：关闭隔离阀B（11）、截止阀A（19）、截止阀B（18），打开隔离阀A（9），压力平衡阀A(10)、压力平衡阀B(12)保持开启状态，压力控制阀(7)开度处于100%，保持电子秤A(17)、电子秤B(16)和蒸汽流量计（6）的读数处于自动记录保存状态；

（b）：打开气动快开球阀（4），压力控制阀（7）根据汽水分离器（5）压力与设定压力值P的偏差自动减小或增加开度；

（c）：观察电子秤A（17）的读数：如果直到实验结束时，电子秤A（17）的读数一直低于设定值M1，则跳转到步骤（g）；当电子秤A(17)的读数大于设定值M1时，打开隔离阀B（11），经过T1时间后，关闭隔离阀A（9），跳转到步骤（d）；

（d ）：经过T2时间后，打开截止阀A（19）；在电子秤A（17）的读数小于设定值M2时，关闭截止阀A（19）；

（e）：观察电子秤B（16）的读数：如果直到实验结束时，电子秤B（16）的读数一直低于设定值M3，则跳转到步骤（g）；当电子秤B(16)的读数大于设定值M3时，打开隔离阀A（9），经过T1时间后，关闭隔离阀B（11），跳转到步骤（f）；

（f）：经过T2时间后，打开截止阀B（18）；当电子秤B（16）的读数小于某设定值M4时，关闭截止阀B（18），并跳转到步骤（c）；

（g）：读取所保存的电子秤A（17）、电子秤B（16）、蒸汽流量计（6）的读数，计算液相流量和汽相流量，液相流量等于电子秤A（17）读数随时间的变化率和电子秤B（16）读数随时间的变化率之和，汽相流量为蒸汽流量计（6）读数。

10.根据权利要求9所述的具有测量两相喷放流量功能的破口模拟系统的测量方法，其特征在于，T1和T2的值为10s，M1为测量箱A（15）装入90%水的电子秤A（17）的读数，M2为测量箱A（15）装入10%水的电子秤A（17）的读数，M3为测量箱B（14）装入90%水的电子秤B（16）的读数，M4为测量箱B（14）装入10%水的电子秤B（16）的读数；P为所需模拟破口位置环境压力。