CN106683722A - 棒束通道流动测压实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种棒束通道流动测压实验装置，包括蓄水箱、测压本体、通过管路与蓄水箱依次连接的离心泵、调节阀、温度计，测压本体包括棒束通道筒体、设置在棒束通道筒体内的由棒束组成的棒束通道，棒束上端通过联轴器与安装在旋转台支架上的高精度旋转盘连接，所述棒束通道筒体上设置有一上一下布置的两个本体压力口，棒束通道的每个棒束上均设置有引压口，且每个棒束的下端设置有密封胶塞、上端设置有快速转接头，引压口与快速转接头之间、两个本体压力口之间分别设置有压差变送器。本发明可模拟反应堆棒束通道中的单相流动，从而对棒束通道阻力特性进行研究，结构简单，价格低廉，数据采集准确方便，研究工况范围广。

Description

棒束通道流动测压实验装置

技术领域

本发明涉及一种棒束通道流动测压实验装置，应用于棒束通道内沿程的压力损失及定位格架引起的各向异性压力分布的测量，主要涉及到流体力学、反应堆热工水力学，核安全等技术领域。

背景技术

棒束通道是非典型的流动通道，研究非典型通道内流体的压力分布可以加深对定位格架阻力机理的研究。作为压水堆燃料组件中的重要部件的定位格架，其阻力构成包括两个部分，分别是沿程摩擦阻力(摩阻)和局部形状阻力(形阻)，由于定位格架的影响，棒束通道内的摩阻和形阻增大，使通道内压降增大，压力分布呈现出各向异性，流动搅混效果也因此增强，使棒束间隙内流体产生横向流动和涡流，增强了堆芯的强化换热过程，提高了堆芯的临界热流密度值，对堆芯传热特性有着极为重要影响的，所以研究棒束通道内流场特性的同时，定位格架的研究就具有重要意义。对于棒束通道内压力场的研究主要集中在数值计算方面，Tae-Hyun CHUN(Pressure Drop Model for Spacer Grids with andwithout Flow Mixing Vanes)对单相工况下定位格架各阻力构件存在与否对定位格架压降计算的影响进行了数值模拟，并提出了理论计算公式，但由于定位格架复杂几何结构，计算模型仍不够完善，对于计算结果准确性仍需进一步验证。针对反应堆内棒束通道的实验研究，由于测量方法的限制主要集中在通道沿程压损的测量，K Rehme(Pressure dropcorrelations for fuel element spacers)和DeSrordeur(Drag coefficients forfuel-element spacers)通过对棒束通道的压降测量得到不同形式定位格架的压力损失计算关联式。传统测压实验装置压，通常只能凭借测量通道沿程压降来分析通道内的阻力特性，而对各个子通道的压力分布的无扰动测量比较困难。因此需要一种实验装置既克服数值模拟结果准确性的不足，也能够优化传统测压装置只能对棒束通道沿程压降测量现状。因此有必要设计一种用于模拟棒束通道测压实验装置，实现对棒束流道内压力分布与压降方便、廉价、精准的测量。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种棒束通道流动测压实验装置，结构简单，价格低廉，数据采集准确方便，研究工况范围广。

本发明的目的是这样实现的：

包括蓄水箱、测压本体、通过管路与蓄水箱依次连接的离心泵、调节阀、温度计，测压本体的下端设置有进水口且通过管路与温度计连接，温度计与测压本体之间的管路上还设置有压力表和流量计，测压本体上端设置有出口且出口通过管路与蓄水箱连通，所述测压本体包括棒束通道筒体、设置在棒束通道筒体内的由不锈钢棒束组成的棒束通道，棒束通道的下端通过定位法兰与棒束通道筒体连接、上端通过密封法兰组与棒束通道筒体连接，且棒束通道的上端不锈钢棒束穿过密封法兰组置于棒束通道筒体外，且不锈钢棒束上端通过联轴器与安装在旋转台支架上的高精度旋转盘连接，所述棒束通道筒体上设置有一上一下布置的两个本体压力口，棒束通道的每个不锈钢棒束上均设置有引压口，且每个不锈钢棒束的下端设置有密封胶塞、上端设置有快速转接头，引压口与快速转接头之间、两个本体压力口之间分别设置有压差变送器。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.不锈钢棒束与棒束通道筒体之间还设置有定位格架。

2.所述棒束通道筒体下端的内部还设置有保证流量分配均匀的蜂窝板。

3.所述密封法兰组上均匀设置有与棒束通道配合的圆孔，圆孔上设置有O型环槽，O型环槽中设置有氟胶环。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明的装置测压采用在不锈钢棒束上设置引压孔，可以无扰动准确地测量棒束周围的压力场，能够直观方便的对棒束通道流动特性进行研究；(2)本发明的本体上端通过密封法兰组压紧氟胶环的结构，实现了不锈钢棒束与实验本体灵活密封，同时又保证了棒束顺利地移动与旋转；(3)本发明从实验本体伸出不锈钢棒束与快速转接头连接，保证差压变送器的引压管可以灵活地与任意一根棒束相连，实现了一个差压变送器可以灵活方便地对任意棒束周围压力场分布的测量；(4)实验棒束可通过高精度旋转台进行旋转，角度误差小，测量准确；(5)结构简单，价格低廉，易加工。

附图说明

图1是本发明的棒束通道测压本体结构示意图；

图2是本发明的测压装置回路示意图；

图3A是本发明的密封法兰组示意图，图3B是本发明的定位法兰的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1，用于测量棒束通道压力分布测量本体，实现了棒束沿程压降和定位格架引起的各向异性压力分布的测量。测压本体设置上主要包括高精度旋转盘1、旋转台支架2、联轴器3、快速转接头4、棒束(实验棒束)5、密封法兰组6、出口7、本体引压孔8、棒束引压孔9、定位格架10、定位法兰11、密封胶塞12、进水口13，由不锈钢棒束组成的棒束通道在测量本体内既充当通道内的结构部件，同时也是充当部分引压管伸出本体外，通过氟胶“O”型环与密封法兰组实现对流道的密封。通过测量本体引压孔8之间的压力差，即可测量沿程压降，通过引压孔9可对棒束通道内部压力分布进行测量。本发明中位置调节装置由高精度旋转台1和支撑台架2组成。高精密旋转台固定于支撑台架上，通过联轴器3与棒束5相连，高精密旋转台旋转通过联轴器带动棒束旋转，实现棒束周向压力的测量；通过调节支撑台架高度调节棒束上设置引压孔的轴向高度，实现棒束轴向上的压力的测量，进而实现了棒束通道内三维压力分布的测量。通过调整支撑台架2轴向高度实现棒束的轴向移动。另外，密封胶塞12的设计使得棒束下端密封，保证了棒束引压孔9处压力值的准确性。

进一步地，棒束通道筒体内的棒束采用与不锈钢材料，以保证棒束的强度以及直度，同时下端用氟胶塞密封防止旁通。

进一步地，本体进口下腔室放置与本体内径相同的蜂窝板，以保证流量分配均匀，也即水由测压本体进水口进入，经过蜂窝板整流后，进入棒束通道，。

进一步地，从实验本体伸出不锈钢棒束与快速转接头连接，保证压差变送器的引压管可以灵活地与任意一根棒束相连。

本发明的沿程压降测量主要在实验本体外壁上设置引压孔，通过引压管将压力引出，利用压差计可测量沿程压降损失；棒束通道内压力分布测量通过在棒束上设置取压孔，也即取压孔可以对棒束通道内部压力进行无干扰测量，棒束上端伸出实验本体与引压管连接，在实验本体与棒束接触处采用密封法兰组压紧氟胶O型环的方式，以保证实验本体的密封性；旋转台与棒束通过联轴器传动，保证棒束可以周向360°旋转；支撑台架为旋转台提供支撑，通过调整支撑台架高度，实现棒束的轴向位置的移动；本装置中由于棒束移动旋转，同时对压力场无干扰，因此可以准确灵活地测量棒束通道内压力场分布。

结合图2，是本发明的回路系统，由蓄水箱14、离心泵15、温度16、压力表17，流量计18，测压装置1、压差变送器20，21、压力表22构成。回路中工质在离心泵15的驱动下循环流动，通过调节阀门开度来调节回路流量。工质经过管道进入棒束通道。流量稳定后通过压差变送器21测量沿程压降，并通过数据采集系统采集并储存数据。通过压差变送器20测量棒束通道中子通道的压力分布。通本体两端由法兰密封，本体的拆卸方便，以利于本体内棒束结构的调整。测压本体加工时，先按照所模拟棒束通道的尺寸分别加工好流道本体以及不锈钢棒束；再利用定位格架将棒束按照相应的形式排列固定；然后将不锈钢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3A和图3B，在测压本体上端的设计上采用了密封法兰组6结构，图3A为压紧法兰也即密封法兰组6，在压紧法兰上设置有O型环槽23可保证实验本体的密封性，图3B为定位法兰11，用以固定实验棒束位置，同时使得本体拆装方便。

综上，本发明的实验装置可以同时实现通道的沿程压降以及棒束通道内部压力分布的测量。沿程压降测量通过在流道本体上设置取压孔，利用压差计测量取压孔之间的压差来实现；通道内压力分布测量过程中，将设置有引压孔的棒束与实验本体外部的压力测量系统连接来实现压力分布的测量，这种测量方式由于未对流道引入扰动，可有效保证测量精度。棒束伸出本体之外的一端，通过密封法兰组实现通道较好的密封。通过对棒束的旋转和提升可对棒束壁面附近的三维压力分布进行测量，实现了单一子通道阻力系数从通道整体阻力系数的分离。本发明可以模拟反应堆棒束通道中的单相流动，从而对棒束通道阻力特性进行研究，本体设计简单，价格低廉，数据采集准确方便，研究工况范围广。

Claims (5)

1.棒束通道流动测压实验装置，其特征在于：包括蓄水箱、测压本体、通过管路与蓄水箱依次连接的离心泵、调节阀、温度计，测压本体的下端设置有进水口且通过管路与温度计连接，温度计与测压本体之间的管路上还设置有压力表和流量计，测压本体上端设置有出口且出口通过管路与蓄水箱连通，所述测压本体包括棒束通道筒体、设置在棒束通道筒体内的由不锈钢棒束组成的棒束通道，棒束通道的下端通过定位法兰与棒束通道筒体连接、上端通过密封法兰组与棒束通道筒体连接，且棒束通道的上端不锈钢棒束穿过密封法兰组置于棒束通道筒体外，且不锈钢棒束上端通过联轴器与安装在旋转台支架上的高精度旋转盘连接，所述棒束通道筒体上设置有一上一下布置的两个本体压力口，棒束通道的每个不锈钢棒束上均设置有引压口，且每个不锈钢棒束的下端设置有密封胶塞、上端设置有快速转接头，引压口与快速转接头之间、两个本体压力口之间分别设置有压差变送器。

2.根据权利要求1所述的棒束通道流动测压实验装置，其特征在于：不锈钢棒束与棒束通道筒体之间还设置有定位格架。

3.根据权利要求1或2所述的棒束通道流动测压实验装置，其特征在于：所述棒束通道筒体下端的内部还设置有保证流量分配均匀的蜂窝板。

4.根据权利要求1或2所述的棒束通道流动测压实验装置，其特征在于：所述密封法兰组上均匀设置有与棒束通道配合的圆孔，圆孔上设置有O型环槽，O型环槽中设置有氟胶环。

5.根据权利要求3所述的棒束通道流动测压实验装置，其特征在于：所述密封法兰组上均匀设置有与棒束通道配合的圆孔，圆孔上设置有O型环槽，O型环槽中设置有氟胶环。