CN108492896A - 一种u型管倒流特性可视化测量实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种U型管倒流特性可视化测量实验装置，包括一次侧设备和二次侧设备，一次侧设备包括依次连通的进口接管、进口腔室、U型传热管、可视化管道、出口腔室和出口接管，U型传热管置于二次侧设备的冷却水水箱内，可视化管道的内径与U型传热管的内径相等且可视化管道上连通有示踪剂存储装置，所述一次侧设备的水温比冷却水水箱内水温高至少80度。采用U型传热管特殊结构及一二侧间的热量交换，形成反向重位压降，为U型传热管倒流现象的发生提供了必要的边界条件；在U型传热管的输出端连接内径相等的可视化管道，实现了U型传热管内部流动的可视化，解决了U型传热管隐藏于二次侧筒体内而无法观测倒流现象的问题，且模拟的准确性高。

Description

一种U型管倒流特性可视化测量实验装置

技术领域

本发明涉及反应堆热工水力及安全技术领域，具体涉及一种U型管倒流特性可视化测量实验装置。

背景技术

新一代核电站反应堆普遍采用非能动安全技术，实现了在事故工况下，通过冷却剂的自然循环运行，将堆芯热量连续导出，显著提高了反应堆的固有安全性。但现有研究表明，在自然循环低流量条件下，反应堆一回路饱和式蒸汽发生器一次侧的并联U型管束中会出现倒流现象，即冷却剂从蒸汽发生器的出口腔室通过部分U型管回流至入口腔室，造成蒸汽发生器的换热面积减小、流动阻力增大，不利于蒸汽发生器乃及反应堆系统自然循环工况的运行。由于蒸汽发生器结构复杂，U型管又处于二次侧承压腔室内，无法直接观测并准确识别出倒流现象，而目前通常借助于设置在进出口有限的热电偶监测流体温度的变化情况，以识别倒流现象的发生，因这种方法热电偶只能布置在蒸汽发生器外围一侧的U型管，无法将热电偶设置在蒸汽发生器内部U型管中，因此只能够监测到蒸汽发生器外侧U型管内倒流现象，无法识别出蒸汽发生器内部U型管内倒流现象。为克服上述研究方法的缺陷，为准确研究蒸汽发生器U型管倒流转变特性，现急需发明一种实验装置以指导蒸汽发生器倒流特性的进一步研究。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种U型管倒流特性可视化测量实验装置，创新性提出将出口附近U型管延长并将延长段设置为可视段以直观观测U型管内流体倒流特性

一种U型管倒流特性可视化测量实验装置。

本发明通过下述技术方案实现：

一种U型管倒流特性可视化测量实验装置，包括一次侧设备和二次侧设备，所述一次侧设备包括依次连通的进口接管、进口腔室、U型传热管、可视化管道、出口腔室和出口接管，所述U型传热管置于二次侧设备的冷却水水箱内，使用时，一次侧设备的水温比冷却水水箱内水温高，以满足U型管倒流的驱动力条件；可视化管道的内径与U型传热管的内径相等，以保证管内流动状态与U型传热管内一致，提高试验准确度；可视化管道上连通有示踪剂存储装置为倒流可视化提供基础。蒸汽发生器倒流的本质是U型管倒流，对U型管倒流行为的深入认识，可指导蒸汽发生器倒流特性的进一步研究。因此，本发明设计了一种并联U型管倒流可视化实验装置，创新性提出将出口U型管延长至管板之外并将延长段设置为可视段，实现了U型管倒流行为、倒流转变过程及倒流特征点的直观显示。现有方法中，为了可视化研究U型管倒流现象，其惯用思维是将U型传热管、二次侧设备的冷却水水箱均成透明或者采用背景技术的技术方案。但是，核设备不同于一般设备，将U型传热管、二次侧承压壳均设计为透明的，但U型管和二次侧承压壳结构复杂，存在制造和加工的难题；同时透明段面积过大，难以承受流体的压力，也不利于密封。本方案并未采用惯用思维，创新性提出将出口U型管延长至管板之外，仅仅将出口U型直管段即延长段设置为可视段，明显提升了可视段的承压能力，易于密封，又由于保证了二次侧承压壳以及承压壳内U型管采用原型材料，解决了加工资制造、承压和密封的系列难题。通过在U型传热管的出口连接一可视化管道可以对U型管倒流现象进行直观的观测，通过上述结构，不仅可有效解决上述技术问题，且可准确实现U型管倒流热工环境的构建，实现U型管倒流行为的可视化，实现倒流现象、倒流转变过程及倒流特征点的直观显示，为深入研究并联U型管倒流特性奠定基础。一次侧设备的水温比冷却水水箱内水温即二次侧水温高，以提高U型传热管进出口温差以及由温差引起的重位压降，使U型管进口压力小于出口压力，满足U型管倒流的驱动力条件，即冷却剂从蒸汽发生器的出口腔室通过部分U型管回流至入口腔室。

作为优选，所述进口接管与U型传热管的进口和出口均垂直。进口接管与U型传热管的进口和出口垂直设置，有效防止一次侧来流直接冲入U型传热管对U型传热管中倒流形成造成不确定影响。

作为优选，为了增强对可视追踪的可靠性，所述示踪剂存储装置内压力大于可视化管道内压力。

作为优选，所述示踪剂存储装置包括示踪剂水箱、用于连通示踪剂水箱与可视化管道的示踪剂管线、设置在示踪剂管线上控制开关的开关阀。

作为优选，为了研究倒流在不同长度的U型管中的发生情况，所述U型传热管有多个，且各U型传热管的长度不同。多个U型传热管相并联，采用多个长度不同的U型传热管，以实现对不同长度的U型管倒流情况的研究。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本方案采用U型传热管特殊结构及一二侧间的热量交换，形成反向重位压降，使U型传热管进口压力小于出口压力，为U型传热管倒流现象的发生提供了必要的边界条件；在U型传热管的输出端连接内径相等的可视化管道，并通以示踪剂显示流场，实现了U型传热管内部流动的可视化，有效解决了因U型传热管隐藏于二次侧筒体内部而无法观测倒流现象的问题，且模拟的准确性高。

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为本发明的结构示意图。

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所示的一种U型管倒流特性可视化测量实验装置，包括一次侧设备和二次侧设备，一次侧设备包括依次连通的进口接管1、进口腔室2、U型传热管3、可视化管道4、出口腔室5和出口接管6，二次侧设备包括冷却水水箱7，冷却水水箱7内为常温冷却水，U型传热管3置于的常温冷却水中，整个二次设备仅U型传热管置于常温冷却水中。可视化管道4提供观测倒流现象的窗口，其内径与U型传热管3的内径相等，在可视化管道4上连通示踪剂存储装置，通过观测示踪剂从而实现对倒流现象的观测。整个设备在试验运行时，一次侧设备的水温比冷却水水箱7内水温高至少80度，形成反向重位压降，使U型传热管进口压力小于出口压力，为U型传热管倒流现象的发生提供了必要的边界条件。通过本装置，可准确模拟U型管倒流的产生条件，且可实现U型管倒流行为的直观可视化。通过拍摄可视化管道，可获得U型传热管中流体由正向流动转变为倒流的演化过程，并获得倒流发生的起始点。

实施例2

基于上述实施例的原理和结构，本实施例公开一优化的具体实施方式。

在上述实施例结构的基础上，如图1所示，进口接管1与U型传热管3的进口和出口均垂直。采用该结构，一次侧来流直接作用于进口腔室2，不会直接冲入U型传热管，可避免不确定影响对倒流形成产生影响。

示踪剂存储装置包括示踪剂水箱8、用于连通示踪剂水箱8与可视化管道4的示踪剂管线9、设置在示踪剂管线9上控制开关的开关阀10，示踪剂存储装置内即示踪剂水箱8内压力大于可视化管道4内压力。示踪剂水箱8内存储示踪剂，工质为水溶性较好的单色液体示踪剂，利用其良好的跟随性，达到较好的流动拍摄效果。可视化管道4为薄壁透明圆管，采用具有耐温压能力的透明材料制成，两端与传热管直管段间采用卡套连接及密封。

发明人在研究中发现倒流现象与U型传热管的长度有关，基于该出发点，U型传热管3有多个且采用并联方式，且各U型传热管3的长度不同。如图1所示，可采用选择长、中、短三种不同的U型传热管，在实际应用中，可根据实际情况改变U型管长度和数量。

本发明提供的并联U型管倒流特性可视化测量实验装置可准确构造U型管倒流的外部环境及边界条件，实现并联U型传热管倒流现象的可视化。通过发明设计的可视化方法，可获得U型传热管内的流动状态及倒流的动态演化过程，获得倒流发生的起始点以及不同长度并联U型传热管中正倒流分布情况。

由于U型管倒流仅发生在低流量条件下，本发明推荐采用逐渐降低入口流量的方式来获得U型管倒流现象，以便获得U型管倒流的演化过程。

采用该装置进行试验的方法具体为：

(1)建立一次侧热工工况，使一次侧入口温度达到设定值。确保一次侧进口流量足够大，使全部并联U型管处于正流状态。待工况稳定后，开启示踪剂开关阀10，使示踪剂流入可视化管道，开启高速摄像仪，拍摄示踪剂的流动过程，记录示踪剂流过标尺标定长度的准确时间后关闭示踪剂开关阀10。

(2)按照减小10％的步长降低一次侧入口流量，建立稳定工况后，开启示踪剂开关阀，重复步骤(1)相关操作，获得该工况下各U型传热管管内的流动情况。

(3)重复步骤(2)，直至一次侧入口达到设定的最小流量。记录工况变化过程中，出现倒流的U型管编号，如超过一根U型传热管出现倒流，则记录各U型传热管出现倒流的先后顺序。

(4)根据发生倒流的U型传热管在不同工况下拍摄得到的流动轨迹，获得该U型传热管中流体由正流向倒流转变的演化过程，确定发生倒流的起始点。

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 (5)

1.一种U型管倒流特性可视化测量实验装置，其特征在于，包括一次侧设备和二次侧设备，所述一次侧设备包括依次连通的进口接管(1)、进口腔室(2)、U型传热管(3)、可视化管道(4)、出口腔室(5)和出口接管(6)，所述U型传热管(3)置于二次侧设备的冷却水水箱(7)内，所述可视化管道(4)的内径与U型传热管(3)的内径相等且可视化管道(4)上连通有示踪剂存储装置。

2.根据权利要求1所述的一种U型管倒流特性可视化测量实验装置，其特征在于，所述进口接管(1)与U型传热管(3)的进口和出口均垂直。

3.根据权利要求1所述的一种U型管倒流特性可视化测量实验装置，其特征在于，所述示踪剂存储装置内压力大于可视化管道(4)内压力。

4.根据权利要求1所述的一种U型管倒流特性可视化测量实验装置，其特征在于，所述示踪剂存储装置包括示踪剂水箱(8)、用于连通示踪剂水箱(8)与可视化管道(4)的示踪剂管线(9)、设置在示踪剂管线(9)上控制开关的开关阀(10)。

5.根据权利要求1所述的一种U型管倒流特性可视化测量实验装置，其特征在于，所述U型传热管(3)有多个，且各U型传热管(3)的长度不同。