CN108917961B - 一种运动条件下的棒束燃料组件多点壁温测量装置 - Google Patents

一种运动条件下的棒束燃料组件多点壁温测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种运动条件下的棒束燃料组件多点壁温测量装置，包括至少一个绝缘陶瓷管，沿绝缘陶瓷管的周向在其内圆周壁上开有环形槽，测温环设置在环形槽内，在测温环的内壁上至少设有一个铠装热电偶。在模拟棒束燃料组件上开展传热特性实验研究时，利用金属圆管通电加热以作为加热元件管，绝缘陶瓷管的内圆周壁上开有环形槽，测温环设置在环形槽内，且在测温环的内圆周壁上至少设有一个用于测温的铠装热电偶，使用时根据加热元件管的轴向长度，确定测温点位，然后将绝缘陶瓷管固定在该测温点位处，测温环将该测温点位上的热量传递至铠装热电偶上，以实现加热元件管局部壁面温度的精确测量。

Description

一种运动条件下的棒束燃料组件多点壁温测量装置
技术领域
本发明涉及反应堆热工水力研究技术领域，具体涉及一种运动条件下的棒束燃料组件多点壁温测量装置。
背景技术
为了提高核反应堆的经济性，在保证反应堆安全的前提下，必须提高堆芯单位体积的热功率、冷却剂温度等，这些与堆芯热量传输能力密切相关，也就是反应堆燃料组件的传热性能，传热特性是燃料组件性能的核心技术指标，对燃料组件的设计论证、提高组件的综合性能具有重要的意义。浮动核电站、船用核动力等反应堆堆芯结构都采用棒束结构燃料组件，但这些核动力装置在运行时会受海洋运动条件的影响，运动条件产生的外力场会改变冷却剂通道进出口的有效高度差与加速度场，使速度边界层、热边界层特性等发生改变，从而影响燃料组件的传热特性。因此需要开展运动条件下燃料组件传热特性试验研究，测量运动条件下燃料组件壁面温度。
鉴于反应堆燃料组件的特殊性，无法直接开展堆外实验，需要在相应的模拟棒束燃料组件上开展传热特性实验研究，一般采用金属圆管通电加热作为加热元件模拟棒束燃料组件元件棒。由于棒束燃料组件结构特殊性及运动条件下组件流场、温度场的复杂性，燃料组件的壁面温度等热工参数获取难度很大。经专利查新，针对棒束燃料组件温度测量技术，美国、法国、德国等国家都开展了一些研究，但多是单根圆管的外壁温测量研究或棒束组件数值模拟研究，没有针对运动条件下反应堆高温高压模拟棒束燃料组件壁温测量方法的报道。因此，有必要发明一种运动条件下高温高压模拟棒束燃料组件壁温测量方法，能够在运动条件下准确测量高温高压模拟棒束燃料组件多根加热元件不同位置处壁面温度，为开展棒束燃料组件的传热特性热工水力实验研究奠定技术基础。
发明内容
本发明目的在于提供一种运动条件下的棒束燃料组件多点壁温测量装置，解决高温高压条件下模拟棒束燃料组件壁温测量问题，能够在运动条件下同时测量模拟组件多根加热元件不同位置处局部壁面温度，用于开展棒束结构燃料组件的传热特性热工水力实验研究，并获得燃料组件传热系数等关键设计参数。
本发明通过下述技术方案实现：
一种运动条件下的棒束燃料组件多点壁温测量装置，包括至少一个绝缘陶瓷管，沿所述绝缘陶瓷管的周向在其内圆周壁上开有环形槽，测温环设置在环形槽内，且在测温环的内壁上至少设有一个铠装热电偶。针对现有的棒束燃料组件结构特殊性及运动条件下组件流场、温度场的复杂性，进而导致燃料组件的壁面温度等热工参数获取难度大的问题，申请人在模拟棒束燃料组件上开展传热特性实验研究时，利用金属圆管通电加热以作为加热元件管，且在加热元件管中至少设有一个外径与加热元件管的内径相匹配的绝缘陶瓷管，绝缘陶瓷管的内圆周壁上开有环形槽，测温环设置在环形槽内，且在测温环的内圆周壁上至少设有一个用于测温的铠装热电偶，使用时根据加热元件管的轴向长度，确定测温点位，然后将绝缘陶瓷管固定在该测温点位处，测温环将该测温点位上的热量传递至铠装热电偶上，以实现加热元件管局部壁面温度的精确测量；其中，由于燃料组件传热实验中加热元件管需要通电使其发热，而铠装热电偶外壳通常采用不锈钢材质，由于在测温时加热元件管处于运动条件状态下，铠装热电偶外壳容易与加热元件管内壁接触而带电，一旦铠装热电偶外壳导电则无法保证热电偶测量准确性，对此，申请人在加热元件管与铠装热电偶之间分别设置绝缘陶瓷管、环形槽以及测温环，不仅能够将铠装热电偶固定在加热元件管的内壁上以实现铠装热电偶的定位，还能避免测温组件对加热元件管的外部流动工质的流场、温度场造成干扰，最终在燃料组件传热实验中实现加热元件管不同位置的壁面温度的精确测量。进一步地，在为了避免绝缘陶瓷套管过长而发生损坏或折断，绝缘陶瓷套管至少设置一个，同时绝缘陶瓷管还能降加热元件管与铠装热电偶直接隔绝开，以实现测温环、热电偶与热元件管之间的绝缘，并且设置的环形槽减薄测温点位处的绝缘陶瓷管厚度，使得加热元件管的热量传导路径缩短，从而提高壁面温度测量的准确性和精度。
所述铠装热电偶通过银基钎料焊接在所述环形槽内。进一步地，环形槽作为铠装电热偶的安装载体，将铠装热电偶焊接在环形槽内，焊接方法用银钎焊，一方面焊接时铠装热电偶和测温环是依靠熔化的钎料凝固后连接起来，钎料能够均匀地流布填充环形槽与铠装热电偶之间的间隙，另一方面银钎焊采用的填充材料为银基钎料，其主要成分是银铜和银铜锌合金，使得铠装热电偶和测温环之间保持良好的导热性，以提高铠装热电偶测量的最终温度数值的精确度。
所述铠装热电偶的个数为1～4个。作为优选，铠装热电偶的个数为1～4个，使得在确定加热元件管壁面测温点位后，多个铠装热电偶沿测温环的内圆周均匀分布，即能够实现对加热元件管上同一个圆周不同径向位置的温度测量，即增加温度测量的基础数据值，以为模拟棒束燃料组件的传热特性实验研究提供数据支撑。
所述测温环采用H96黄铜材料制成，且测温环的轴向长度为8～12㎜，测温环的内径与外径之差为0.8～1.2㎜。作为优选，测温环采用H96黄铜材料制成，其具备良好的导热性以及较高的硬度，方便加工成环形，而测温环的轴向长度为8～12㎜且其内径与外径之差为 0.8～1.2㎜，该结构尺寸一方面保证了测温环的刚度且能够便于实现热电偶的焊接，另一方面能够避免棒束组件温度测量的失真。
每一个所述绝缘陶瓷管的轴向长度为45～55㎜。作为优选，绝缘陶瓷管的轴向长度为 45～55㎜，该结构尺寸下的陶瓷管加工成本及难度均能控制在合理范围内，且能够保证陶瓷管不易折断，有较好的刚度，实现陶瓷管在棒束组件内的绝缘保护。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明一种运动条件下的棒束燃料组件多点壁温测量装置，在加热元件管与铠装热电偶之间分别设置绝缘陶瓷管、环形槽以及测温环，不仅能够将铠装热电偶固定在加热元件管的内壁上以实现铠装热电偶的定位，还能避免测温组件对加热元件管的外部流动工质的流场、温度场造成干扰，最终在燃料组件传热实验中实现加热元件管不同位置的壁面温度的精确测量。进一步地，在为了避免绝缘陶瓷套管过长而发生损坏或折断，绝缘陶瓷套管至少设置一个，同时绝缘陶瓷管还能降加热元件管与铠装热电偶直接隔绝开，以实现测温环、热电偶与热元件管之间的绝缘，并且设置的环形槽减薄测温点位处的绝缘陶瓷管厚度，使得加热元件管的热量传导路径缩短，从而提高壁面温度测量的准确性和精度。并且，本发明能够在运动条件下准确测量棒束燃料组件多根加热元件管多点不同位置处壁面温度，由于测温结构在棒束加热元件管内部测温，不会干扰加热元件管附近流场和温度场，能够准确获得燃料组件的传热系数、临界热流密度等热工性能参数；且由于测温部件为单元式设计，能够方便的实现拆卸安装，可以根据需要调整带凹槽陶瓷管的位置，从而实现对热元件管多个不同位置处温度测量
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。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-加热元件管、2-绝缘陶瓷管、3-测温环、4-铠装热电偶。
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，本实施例包括至少一个绝缘陶瓷管2，沿所述绝缘陶瓷管2的周向在其内圆周壁上开有环形槽，测温环3设置在环形槽内，且在测温环3的内壁上至少设有一个铠装热电偶4。针对现有的棒束燃料组件结构特殊性及运动条件下组件流场、温度场的复杂性，进而导致燃料组件的壁面温度等热工参数获取难度大的问题，申请人在模拟棒束燃料组件上开展传热特性实验研究时，利用金属圆管通电加热以作为加热元件管1，且在加热元件管1中至少设有一个外径与加热元件管1的内径相匹配的绝缘陶瓷管2，绝缘陶瓷管2的内圆周壁上开有环形槽，测温环3设置在环形槽内，且在测温环3的内圆周壁上至少设有一个用于测温的铠装热电偶4，使用时根据加热元件管1的轴向长度，确定测温点位，然后将绝缘陶瓷管2固定在该测温点位处，测温环3将该测温点位上的热量传递至铠装热电偶4上，以实现加热元件管1局部壁面温度的精确测量。
其中，由于燃料组件传热实验中加热元件管1需要通电使其发热，而铠装热电偶4外壳通常采用不锈钢材质，由于在测温时加热元件管1处于运动条件状态下，铠装热电偶4外壳容易与加热元件管1内壁接触而带电，一旦铠装热电偶4外壳导电则无法保证热电偶测量准确性，对此，申请人在加热元件管1与铠装热电偶4之间分别设置绝缘陶瓷管2、环形槽以及测温环3，不仅能够将铠装热电偶4固定在加热元件管1的内壁上以实现铠装热电偶4的定位，还能避免测温组件对加热元件管1的外部流动工质的流场、温度场造成干扰，最终在燃料组件传热实验中实现加热元件管1不同位置的壁面温度的精确测量。进一步地，在为了避免绝缘陶瓷套管过长而发生损坏或折断，绝缘陶瓷套管至少设置一个，同时绝缘陶瓷管2还能降加热元件管1与铠装热电偶4直接隔绝开，以实现测温环3、热电偶与热元件管之间的绝缘，并且设置的环形槽减薄测温点位处的绝缘陶瓷管2厚度，使得加热元件管1的热量传导路径缩短，从而提高壁面温度测量的准确性和精度。
实施例2
如图1所示，本实施例中，所述铠装热电偶4通过银基钎料焊接在所述环形槽内。环形槽作为铠装电热偶的安装载体，将铠装热电偶4焊接在环形槽内，焊接方法用银钎焊，一方面焊接时铠装热电偶4和测温环3是依靠熔化的钎料凝固后连接起来，钎料能够均匀地流布填充环形槽与铠装热电偶4之间的间隙，另一方面银钎焊采用的填充材料为银基钎料，其主要成分是银铜和银铜锌合金，使得铠装热电偶4和测温环3之间保持良好的导热性，以提高铠装热电偶4测量的最终温度数值的精确度。
作为优选，铠装热电偶4的个数为1～4个，使得在确定加热元件管1壁面测温点位后，多个铠装热电偶4沿测温环3的内圆周均匀分布，即能够实现对加热元件管1上同一个圆周不同径向位置的温度测量，即增加温度测量的基础数据值，以为模拟棒束燃料组件的传热特性实验研究提供数据支撑。
作为优选，测温环采用H96黄铜材料制成，其具备良好的导热性以及较高的硬度，方便加工成环形，而测温环的轴向长度为8～12㎜且其内径与外径之差为0.8～1.2㎜，该结构尺寸一方面保证了测温环的刚度且能够便于实现热电偶的焊接，另一方面能够避免棒束组件温度测量的失真。
作为优选，绝缘陶瓷管的轴向长度为45～55㎜，该结构尺寸下的陶瓷管加工成本及难度均能控制在合理范围内，且能够保证陶瓷管不易折断，有较好的刚度，实现陶瓷管在棒束组件内的绝缘保护。
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 (4)

1.一种运动条件下的棒束燃料组件多点壁温测量装置，其特征在于：包括至少一个绝缘陶瓷管(2)，沿所述绝缘陶瓷管(2)的周向在其内圆周壁上开有环形槽，测温环(3)设置在环形槽内，且在测温环(3)的内壁上至少设有一个铠装热电偶(4)；所述铠装热电偶(4)通过银基钎料焊接在所述环形槽；
测温时，采用金属圆管通电加热以作为加热元件管(1)，且加热元件管(1)的内径与所述至少一个绝缘陶瓷管(2)的外径相匹配。
2.根据权利要求1所述的一种运动条件下的棒束燃料组件多点壁温测量装置，其特征在于：所述铠装热电偶(4)的个数为1～4个。
3.根据权利要求1所述的一种运动条件下的棒束燃料组件多点壁温测量装置，其特征在于：所述测温环(3)采用H96黄铜材料制成，且测温环(3)的轴向长度为8～12㎜，测温环(3)的内径与外径之差为08～0.12㎜。
4.根据权利要求1所述的一种运动条件下的棒束燃料组件多点壁温测量装置，其特征在于：每一个所述绝缘陶瓷管(2)的轴向长度为45～55㎜。
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