CN107331427A - 一种用于流场可视化研究的实验棒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于流场可视化研究的实验棒，所述实验棒包括：上端塞、FEP薄壁管、下端塞，上端塞下端与FEP薄壁管上端通过热熔方式连接，FEP薄壁管下端与下端塞上端通过热熔方式连接，通过上端塞和下端塞中心通孔实现注水排气，实验棒内充满水后FEP薄壁管在流道内几乎不再可见，实验棒对光学信号干扰极小，加工方便且几何精度高，易于定位和密封并且可以对实验棒内压力进行调节，非常适合流场可视化研究。

Description

一种用于流场可视化研究的实验棒

技术领域

本发明流体实验设备技术领域，具体地，涉及一种用于流场可视化研究的实验棒。

背景技术

燃料元件棒是反应堆系统堆芯的基本构成单元，反应堆冷却剂流经反应堆堆芯将燃料元件棒释放的能量输送至发电系统，同时实现对反应堆堆芯的冷却。燃料元件棒周围冷却剂流场中流速、压降、湍流特性等宏观和微观参数的分布特性对堆芯能量传递过程影响显著。进而，决定了核燃料的利用率、燃料棒的破损率。美国西屋公司和法国法马通公司在大量实验的基础上开发出了不同形式的燃料元件棒。目前，我国核电技术正处于国产化重要阶段，而燃料元件棒的研发是其重中之重。

燃料元件棒研发过程中，可视化实验是认识元件棒与周围冷却剂流场中各种宏观和微观现象及其机理的重要手段。真实的燃料元件棒为不透明的金属材料，无法满足可视化实验要求，因此需要开发一种即可以模拟燃料元件棒几何尺寸和结构，又能满足可视化实验要求的透明实验棒。

经调研，目前类似可视化实验研究中大部分采用石英玻璃或有机玻璃制成的实心棒作为研究对象。此类实心实验棒在结构较为简单时(圆柱体)加工较为方便。但是此类实验棒的光学性能较差，对光学信号有较强的干扰，从而影响了实验的准确性。同时，此类实验棒在实验段内安装也较为困难。

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有的实验棒存在光学性能较差，对光学信号有较强的干扰，从而影响了实验的准确性，在实验段内安装也较为困难的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种用于流场可视化研究的实验棒，解决了现有的实验棒存在光学性能较差，对光学信号有较强的干扰，从而影响了实验的准确性，在实验段内安装也较为困难的技术问题，实现了可用于流场可视化研究实验棒光学信号干扰极小，加工方便且几何精度高，易于定位和密封，并且可以对实验棒内压力进行调节的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种用于流场可视化研究的实验棒，所述实验棒包括：

上端塞、FEP薄壁管、下端塞，上端塞下端与FEP薄壁管上端通过热熔方式连接，FEP薄壁管下端与下端塞上端通过热熔方式连接。

其中，FEP薄壁管透明度高、折射率与水非常接近，在可视化实验过程中对光学信号干扰极小。上端塞及下端塞由FEP棒材加工成型，上端塞、下端塞及FEP薄壁管使用相同材料制造可以保证实验棒整体热熔粘接过程中相对变形量最小。FEP薄壁管与上端塞和下端塞为同种材料，采用热熔方式连接，该种加工方式操作简单，加工过程中变形量小，可以提高实验棒精度。

进一步的，上端塞轴向开有上端塞中心通孔，与FEP薄壁管内腔相连，用于实验初期排出实验棒内空气和实验过程中控制实验棒内压力；上端塞上部周向设有上端塞定位槽用于固定实验棒位置和流道密封；上端塞中下部设有上端塞熔焊槽用于与FEP薄壁管连接时填充焊料；上端塞底部设有上端塞倒角用于上端塞插入FEP薄壁管。

进一步的，下端塞轴向开有下端塞中心通孔，与FEP薄壁管内腔相连，用于实验初期向实验棒内注水和实验过程中控制实验棒内压力；下端塞顶部设置下端塞倒角用于下端塞插入FEP薄壁管；下端塞中上部设有下端塞熔焊槽用于与FEP薄壁管连接时填充焊料；下端塞中部设有下端塞定位平台用于固定实验棒位置；下端塞中下部设有下端塞定位槽用于固定实验棒位置和流道密封。

其中，上端塞和下端塞与FEP薄壁管连接处均设置倒角，可以保证上端塞和下端塞插入FEP薄壁管过程中不损伤FEP薄壁管；FEP薄壁管与上端塞和下端塞热熔连接位置均设置熔焊槽，可以保证热熔过程中焊料不产生凸台，同时保证热熔位置强度。下端塞设置定位平台，可与实验外套管内构件配合实现实验棒位置的固定；上端塞和下端塞均开有中心孔，中心孔与FEP薄壁管内腔相连，可实现实验初期实验棒注水排气以及实验过程中实验棒内压力的控制；整个实验棒结构简单，加工方便，实验中易于定位，光学性能极佳。

进一步的，上端塞和下端塞均设置有定位槽，定位槽内安装有橡胶O型圈，实现实验棒与实验外套管的固定和密封。

进一步的，FEP薄壁管的壁厚小于0.5mm。该设计的目的是在保证实验棒强度的同时尽可能减小实验棒对光学信号的干扰。

进一步的，上端塞定位槽为3个。

进一步的，下端塞定位槽为1个。

进一步的，上端塞、FEP薄壁管、下端塞均为氟化乙烯丙烯共聚物。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本实验棒对光学信号干扰极小，加工方便且几何精度高，易于定位和密封并且可以对实验棒内压力进行调节，实验棒内部压力便于控制且光学性能极佳，降低了实验过程中机械加工和光学特性引起的误差，非常适合流场可视化研究。

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；

图1是本申请中用于流场可视化研究的实验棒的结构示意图；

图2是本申请中上端塞与FEP薄壁管的连接示意图；

图3是本申请中FEP薄壁管与下端塞的连接示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于流场可视化研究的实验棒，解决了现有的实验棒存在光学性能较差，对光学信号有较强的干扰，从而影响了实验的准确性，在实验段内安装也较为困难的技术问题，实现了可用于流场可视化研究实验棒光学信号干扰极小，加工方便且几何精度高，易于定位和密封，并且可以对实验棒内压力进行调节的技术效果。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1为本发明整体结构示意图，图2为上端塞与FEP薄壁管连接示意图，图3为下端塞与FEP薄壁管连接示意图。

如图1所示，1为上端塞，2为FEP薄壁管(厚度小于0.5mm)，3为下端塞。

如图2所示，1-1为上端塞中心通孔，1-2为上端塞定位槽(3个)，1-3为上端塞熔焊槽，1-4为上端塞倒角，2为FEP薄壁管。

如图3所示，3-1为下端塞倒角，3-2为下端塞熔焊槽，3-3为下端塞定位平台，3-4为下端塞中心通孔，3-5为下端塞定位槽(1个)，2为FEP薄壁管。

参见附图1-3，实验棒主要由上端塞1、FEP薄壁管2及下端塞3三部分构成，各部分材料均为FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)。

上端塞1下端与FEP薄壁管2上端通过热熔方式连接，FEP薄壁管2下端与下端塞3上端通过热熔方式连接。上端塞1轴向开有上端塞中心通孔1-1用于初期排出实验棒内空气和实验过程中控制实验棒内压力，上端塞1上部周向设置上端塞定位槽1-2用于固定实验棒位置和流道密封，上端塞1中下部设置上端塞熔焊槽1-3用于与FEP薄壁管2连接时填充焊料，上端塞1底部设置上端塞倒角1-4以方便上端塞1插入FEP薄壁管2。下端塞3轴向开有下端塞中心通孔3-4用于初期向实验棒内注水和实验过程中控制实验棒内压力，下端塞3顶部设置下端塞倒角3-1以方便下端塞3插入FEP薄壁管2，下端塞3中上部设置下端塞熔焊槽3-2用于与FEP薄壁管2连接时填充焊料，下端塞3中部设置下端塞定位平台3-3用于固定实验棒位置，下端塞3中下部设置下端塞定位槽3-5用于固定实验棒位置和流道密封。

实施例：

本发明所述实验棒适合在环形通道或棒束通道内流场可视化实验研究中作为实验棒使用。本实施例以环形通道内流场可视化实验研究进行描述。

本发明所述实验棒安装在由透明材质制成的外管道中，待观测流体流经实验棒与外管道形成的环形通道。该外管道上下两端为端盖，端盖中心开有直径适合上下端塞端部穿过的圆孔。上端塞1上端由外管道上端盖中心孔穿出，上端塞定位槽1-2穿出上端盖后在槽内安装橡胶〇型圈实现实验棒上端塞1与上端盖的固定和密封；下端塞3下端由外管道下端盖中心孔穿出，下端塞定位槽3-5穿出下端盖后在槽内安装橡胶〇型圈实现实验棒下端塞3与下端盖的固定和密封。上端塞1上端与外部气体管道连接，下端塞3下端与外部注水管道连接。实验初期通过上端塞中心通孔1-1和下端塞中心通孔3-4实现注水排气，实验棒内充满水后由于FEP薄壁管2透明度高、折射率与水非常接近，其在环形流道内几乎不再可见。实验过程中通过上端塞中心通孔1-1和下端塞中心通孔3-4控制实验棒内部压力略高于环形通道内待观测流体压力，从而保证实验棒不变形。

经过在某可视化实验平台中使用，发现其安装方便，性能可靠，可很好的观察流场内物理现象，能够达到预期功能。因此本发明非常适合流场可视化研究。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本实验棒对光学信号干扰极小，加工方便且几何精度高，易于定位和密封并且可以对实验棒内压力进行调节，实验棒内部压力便于控制且光学性能极佳，降低了实验过程中机械加工和光学特性引起的误差，非常适合流场可视化研究。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种用于流场可视化研究的实验棒，其特征在于，所述实验棒包括：

上端塞、FEP薄壁管、下端塞，上端塞下端与FEP薄壁管上端通过热熔方式连接，FEP薄壁管下端与下端塞上端通过热熔方式连接。

2.根据权利要求1所述的用于流场可视化研究的实验棒，其特征在于，上端塞轴向开有上端塞中心通孔，与FEP薄壁管内腔相连，用于实验初期排出实验棒内空气和实验过程中控制实验棒内压力；上端塞上部周向设有上端塞定位槽用于固定实验棒位置和流道密封；上端塞中下部设有上端塞熔焊槽用于与FEP薄壁管连接时填充焊料；上端塞底部设有上端塞倒角用于上端塞插入FEP薄壁管。

3.根据权利要求1所述的用于流场可视化研究的实验棒，其特征在于，下端塞轴向开有下端塞中心通孔，与FEP薄壁管内腔相连，用于实验初期向实验棒内注水和实验过程中控制实验棒内压力；下端塞顶部设置下端塞倒角用于下端塞插入FEP薄壁管；下端塞中上部设有下端塞熔焊槽用于与FEP薄壁管连接时填充焊料；下端塞中部设有下端塞定位平台用于固定实验棒位置；下端塞中下部设有下端塞定位槽用于固定实验棒位置和流道密封。

4.根据权利要求1所述的用于流场可视化研究的实验棒，其特征在于，上端塞和下端塞均设置有定位槽，定位槽内安装有橡胶〇型圈。

5.根据权利要求1所述的用于流场可视化研究的实验棒，其特征在于，FEP薄壁管的壁厚小于0.5mm。

6.根据权利要求2所述的用于流场可视化研究的实验棒，其特征在于，上端塞定位槽为3个。

7.根据权利要求3所述的用于流场可视化研究的实验棒，其特征在于，下端塞定位槽为1个。

8.根据权利要求1所述的用于流场可视化研究的实验棒，其特征在于，上端塞、FEP薄壁管、下端塞均为氟化乙烯丙烯共聚物。