CN106803431B - 可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置及测量方法 - Google Patents

可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置及测量方法，所述外置式下降腔布置装置包括堆芯模拟段，所述堆芯模拟段的下端通过下法兰与下降段管路连通，所述下降段管路上设置有第一流量计，所述堆芯模拟段上端通过上法兰与上封头连通，所述下降段管路上设置有进口管道，所述上封头上设置有出口管道，还包括旁流管路，所述旁流管路一端与下降段管路连通，另一端与上封头连通，所述旁流管路上设置有第二流量计。本发明通过设置与堆芯模拟段配合的下降段管路和旁流管路，完全模拟实际的反应堆的流体管路，分别对流经下降段管路和旁流管路的流量进行测量，避免现有模拟体忽略旁流管路导致的测量不准确。

Description

可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置及测量方法
技术领域
本发明涉及核反应堆的流量测量技术领域，具体涉及可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置及测量方法。
背景技术
反应堆模拟体是开展堆外模拟实验的核心设备，反应堆模拟体内热工水力特性对于反应堆安全运行有重要意义。通常在计算反应堆模拟体内热工水力特性时，认为流体全部流过堆芯，而实际上，为了保证反应堆固有安全，在反应堆的设计中往往存在旁流，旁流流体不经堆芯加热而直接流出反应堆。由于旁流的存在，目前反应堆模拟体内热工水力特性实验及相应的计算往往不够准确。
鉴于上述因素，有必要设计一种可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置方式，能够在考虑堆芯旁流的条件下精确测量流经堆芯的流量，更加全面和准确地获取堆芯热工水力特性，进一步提高反应堆运行特性系统实验的准确度。
发明内容
本发明的目的在于提供可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置，解决现有反应堆模拟体的堆芯流量无法精确测量的问题。
此外，本发明还涉及上述装置的测量方法。
本发明通过下述技术方案实现：
可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置，包括堆芯模拟段，所述堆芯模拟段的下端通过下法兰与下降段管路连通，所述下降段管路上设置有第一流量计，所述堆芯模拟段上端通过上法兰与上封头连通，所述下降段管路上设置有进口管道，所述上封头上设置有出口管道，还包括旁流管路，所述旁流管路一端与下降段管路连通，另一端与上封头连通，所述旁流管路上设置有第二流量计。
如图1所示，反应堆入口流量为W，流过堆芯的流量为W1，流过旁路的流量为W2，W＝W1+W2。现有技术中下降腔为内置式，其以环腔的形式内置在堆芯模拟段和下法兰内，其旁流管路也内置于上封头和堆芯模拟段内。其内置式的设计无法对流经堆芯和旁流管路的流量进行测量。因此通常在实验和后续处理分析中假定W＝W1，且内置的旁流管路是否满足设计流量的要求也无法验证。
本发明所述堆芯模拟段具体是指模拟实际反应堆堆芯的结构，所述下法兰具体是指设置在堆芯模拟段下端的法兰，所述下降段管路具体是指用于将流体由进口管道导入堆芯模拟段的管路，所述上法兰与上封头分别是指设置在堆芯模拟段的上端的法兰和封头，所述旁流管路具体是指将流体由进口管道导入上封头的管道。
本发明通过设置外置式的与堆芯模拟段配合的下降段管路和旁流管路，完全模拟实际反应堆的流体流程，并在下降段管路和旁流管路上分别设置第一流量计、第二流量计，分别对流经下降段管路和旁流管路的流量W1和W2进行测量，如此，本发明解决了现有反应堆模拟体的堆芯流量无法精确测量的问题。
此外，本发明的显著优点还在于：当回路内出现泄漏或堵塞，无流体流入反应堆模拟体时，反应堆模拟体内原有流体可通过旁流管路实现自然循环，提高反应堆模拟体安全性。当形成自然循环时，其流程为：去离子水通过下降段管路、进口管道流入堆芯模拟体，经堆芯模拟体加热后流入上封头，再通过旁流管路流入下降段管路，形成完整的循环。
进一步的，为了保证反应堆模拟体流体动力学特性与原型一致，下降段管路流通面积应保证和原型下降腔流通面积一致。
进一步地，为了避免对堆芯入口流场的干扰，第一流量计选用非侵入式流量计，优选的类型为超声波流量计。
进一步地，由于旁流管路中流量通常较小，仅为反应堆总流量的5％及以下，同时，为了不影响后续孔板尺寸的精确调节，第二流量计也需用非侵入式流量计，优选的类型为超声波流量计。
进一步地，旁流管路上设置有孔板，所述孔板的孔径可调。
所述孔板的孔径能够根据需要进行调节，以实现对旁流管路阻力的调节，进而调节流经旁流管路的流量，因此，设置有孔板的旁流管道能够对不同工况进行模拟，提高模拟体的应用范围
进一步地，进口管道焊接在下降段管路的上部侧面，所述出口管道焊接在上封头的侧面。
进口管道、出口管道按照上述设置是为了真实模拟流体进出反应堆的过程。
进一步地，下法兰的下端设置有供电铜排。
所述供电铜排为现有技术，用于为堆芯模拟段提供电源。
进一步地，下降段管路的底端通过弯管与开孔的下法兰焊接。
上述设置能够保证流体从堆芯模拟体底部流入。
进一步地，旁流管路的末端采用弯管与开孔的上封头的顶端焊接。
进一步地，旁流管路与下降段管路的连接方式为焊接。
进一步地，旁流管路的管径为下降段管路的管径的1/4～1/3。
优选地，旁流管路的管径为下降段管路的管径的1/4。
上述管径比例的设置能够在合理范围内，最大限度增大旁流管路段的阻力，降低匹配孔板孔径的难度。
一种基于上述外置式下降腔布置装置测量流量的测量方法，包括以下步骤：
1)、调节旁流管路的阻力：调节旁流管路上孔板孔径，使基准工况下旁流管路的压降Δpm与设计值Δps偏差在±5％以内；
即在给定运行工况下测量旁流管路的压降Δpm，与设计压降Δp相比较，当Δpm与Δp偏差大于±5％，调节孔板的孔径，直至Δpm与Δp偏差小于±5％；
2)、流量的测定：通过第一流量计测量流经堆芯模拟段的流量W1，通过第二流量计测量旁流管路的流量W2。
具体地，所述压降的测量是通过设置在旁流管路上的压降测量点进行测量，所述压降的测量为现有技术。
可利用反应堆入口流量为W可对W1和W2测量准确度进行校核。
进一步地，通过孔板调节旁流管路阻力的具体步骤：
1)根据基准工况确定旁流管路上孔板所需达到的阻力系数值K*，计算方法如下：
式中，ρ为流体密度，Δps为基准工况下压降设计值，A1为旁流管道流通面积，Ws为基准工况下额定流量；
2)将孔板孔径设置为与管道内径一致，在基准工况下测量旁流管路的压降Δpm及旁流管路的流量W2，则此时旁流管路阻力系数Km为：
3)则Kk＝K*-Km为调节孔板孔径后需要增加的阻力系数，依据Kk可计算得到孔板应匹配的孔径，具体计算方法如下：
其中，D0为孔板开孔直径，A0为孔板流通面积，L0为孔板厚度，Γ为形状系数，λ为经验系数，Re为孔板处雷诺数，μ为流体动力粘度；
4)将孔板开孔尺寸调节为D0，在基准工况下测量旁流管路的压降Δpm，当Δpm与旁流管路压降设计值Δps偏差在±5％以内即满足要求；当Δpm与旁流管路压降设计值Δps偏差在±5％以上时，微调开孔尺寸D0，在基准工况下重复测量，直至Δpm与Δps偏差在±5％以内。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过设置外置式的与堆芯模拟段配合的下降段管路和旁流管路，完全模拟实际的反应堆的流体流程，并在下降段管路和旁流管路上分别设置第一流量计、第二流量计，分别对流经下降段管路和旁流管路的流量进行测量，解决了现有反应堆模拟体的堆芯流量无法精确测量的问题。
2、当回路内出现泄漏或堵塞，无流体流入反应堆时，反应堆内原有流体可通过旁流管路形成自然循环，提高反应堆模拟体安全性。
3、本发明通过在旁流管路上设置孔板，所述孔板能够实现对旁流管路阻力的调节，进而调节流经旁流管路的流量，因此，设置有孔板的模拟体能够对不同工况进行模拟，提高模拟体的应用范围。
4、本发明对旁流管路阻力进行了模拟，不仅保证了反应堆总流体动力学特性与原型一致，还保证了旁流管路及堆芯的流体动力学分布特性与原型相似，可以更加准确地模拟反应堆的瞬态特性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是外置式下降腔布置装置的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-进口管道，2-下降段管路，3-第一流量计，4-旁流管路，5-孔板，6-第二流量计，7-上封头，8-堆芯模拟段，9-下法兰，10-供电铜排，11-出口管道。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示，可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置，包括堆芯模拟段8，所述堆芯模拟段8的下端通过下法兰9与下降段管路2连通，所述下降段管路2的底端通过弯管与开孔的下法兰9焊接，所述下法兰9的下端设置有供电铜排10，所述下降段管路2上设置有第一流量计3，所述堆芯模拟段8上端通过上法兰与上封头7连通，所述下降段管路2的上部侧面焊接有进口管道1，所述上封头7的侧面焊接有出口管道11，还包括旁流管路4，所述旁流管路4一端与下降段管路2连通，优选地，流管路4与下降段管路2焊接，另一端与上封头7连通，所述旁流管路4的末端采用弯管与开孔的上封头7的顶端焊接，所述旁流管路4上设置有第二流量计6。
本实施例的实验过程：去离子水由进口管道1流入，一路经过下降段管路2，下法兰9后，在堆芯模拟段8被加热，经上封头7和出口管道11流出，该路去离子水流量由第一流量计3测得；另一路经过下降段管路2顶部，旁流管路4后，直接通过上封头7和出口管道11流出，该路旁流流量由第二流量计6测得。
实施例2：
如图1所示，本实施例基于实施例1，所述旁流管路4上设置有孔板5，所述孔板5的孔径可调。
本实施例的实验过程：可通过调节孔板5的阻力实现不同工况下旁流流量的模拟。
实施例3：
本实施例基于实施例1或实施例2，所述旁流管路4的管径为下降段管路2的管径的1/4。
一种基于实施例2所述外置式下降腔布置装置测量流量的测量方法，包括以下步骤：
1)、调节旁流管路的阻力：调节旁流管路4上孔板5孔径，使基准工况下旁流管路4的压降Δpm与设计值Δps偏差在±5％以内；
2)、流量的测定：通过第一流量计3测量流经堆芯模拟段8的流量W1，通过第二流量计6测量旁流管路4的流量W2。
通过孔板5调节旁流管路4阻力的具体步骤：
1)根据基准工况确定旁流管路4上孔板5所需达到的阻力系数值K*，计算方法如下：
式中，ρ为流体密度，Δps为基准工况下压降设计值，A1为旁流管道流通面积，Ws为基准工况下额定流量；
2)将孔板5孔径设置为与管道内径一致，在基准工况下测量旁流管路4的压降Δpm及旁流管路4的流量W2，则此时旁流管路4阻力系数Km为：
3)则Kk＝K*-Km为调节孔板5孔径后需要增加的阻力系数，依据Kk可计算得到孔板5应匹配的孔径，具体计算方法如下：
其中，D0为孔板开孔直径，A0为孔板流通面积，L0为孔板厚度，Γ为形状系数，λ为经验系数，Re为孔板处雷诺数，μ为流体动力粘度；
4)将孔板5开孔尺寸调节为D0，在基准工况下测量旁流管路4的压降Δpm，当Δpm与旁流管路4压降设计值Δps偏差在±5％以内即满足要求；当Δpm与旁流管路4压降设计值Δps偏差在±5％以上时，微调开孔尺寸D0，在基准工况下重复测量，直至Δpm与Δps偏差在±5％以内。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置，其特征在于，包括堆芯模拟段(8)，所述堆芯模拟段(8)的下端通过下法兰(9)与下降段管路(2)连通，所述下降段管路(2)上设置有第一流量计(3)，所述堆芯模拟段(8)上端通过上法兰与上封头(7)连通，所述下降段管路(2)上设置有进口管道(1)，所述上封头(7)上设置有出口管道(11)，还包括旁流管路(4)，所述旁流管路(4)一端与下降段管路(2)连通，另一端与上封头(7)连通，所述旁流管路(4)上设置有第二流量计(6)。
2.根据权利要求1所述的可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置，其特征在于，所述旁流管路(4)上设置有孔板(5)，所述孔板(5)的孔径可调。
3.根据权利要求1或2所述的可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置，其特征在于，所述进口管道(1)焊接在下降段管路(2)的上部侧面，所述出口管道(11)焊接在上封头(7)的侧面。
4.根据权利要求1或2所述的可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置，其特征在于，所述下法兰(9)的下端设置有供电铜排(10)。
5.根据权利要求1或2所述的可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置，其特征在于，所述下降段管路(2)的底端通过弯管与开孔的下法兰(9)焊接。
6.根据权利要求1或2所述的可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置，其特征在于，所述旁流管路(4)的末端采用弯管与开孔的上封头(7)的顶端焊接。
7.根据权利要求1或2所述的可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置，其特征在于，所述旁流管路(4)与下降段管路(2)的连接方式为焊接。
8.根据权利要求1或2所述的可精确测量堆芯流量的外置式下降腔布置装置，其特征在于，所述旁流管路(4)的管径为下降段管路(2)的管径的1/4～1/3。
9.一种基于权利要求2所述外置式下降腔布置装置测量流量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、调节旁流管路的阻力：调节旁流管路(4)上孔板(5)孔径，使基准工况下旁流管路(4)的压降Δpm与设计值Δps偏差在±5％以内；
2)、流量的测定：通过第一流量计(3)测量流经堆芯模拟段(8)的流量W1，通过第二流量计(6)测量旁流管路(4)的流量W2。
10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，通过孔板(5)调节旁流管路(4)阻力的具体步骤：
1)根据基准工况确定旁流管路(4)上孔板(5)所需达到的阻力系数值K*，计算方法如下：
<mrow> <msup> <mi>K</mi> <mo>*</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>&amp;rho;&amp;Delta;p</mi> <mi>s</mi> </msub> <msup> <msub> <mi>A</mi> <mn>1</mn> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>W</mi> <mi>s</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> </mrow>
式中，ρ为流体密度，Δps为基准工况下压降设计值，A1为旁流管道流通面积，Ws为基准工况下额定流量；
2)将孔板(5)孔径设置为与管道内径一致，在基准工况下测量旁流管路(4)的压降Δpm及旁流管路(4)的流量W2，则此时旁流管路(4)的阻力系数Km为：
<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>&amp;rho;P</mi> <mi>m</mi> </msub> <msup> <msub> <mi>A</mi> <mn>1</mn> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>W</mi> <mn>2</mn> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> </mrow> 1
3)则Kk＝K*-Km为调节孔板(5)孔径后需要增加的阻力系数，依据Kk计算得到孔板(5)匹配的孔径，具体计算方法如下：
<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;Gamma;</mi> <mo>+</mo> <mi>&amp;lambda;</mi> <mfrac> <msub> <mi>L</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>D</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>A</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>A</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow>
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其中，D0为孔板开孔直径，A0为孔板流通面积，L0为孔板厚度，Γ为形状系数，λ为经验系数，Re为孔板处雷诺数，μ为流体动力粘度；
4)将孔板(5)开孔尺寸调节为D0，在基准工况下测量旁流管路(4)的压降Δpm，当Δpm与旁流管路(4)压降设计值Δps偏差在±5％以内即满足要求，当Δpm与旁流管路(4)压降设计值Δps偏差在±5％以上时，调节开孔尺寸D0，在基准工况下重复测量，直至Δpm与Δps偏差在±5％以内。
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