CN109238490B - 一种运动条件下小直径棒束组件温度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运动条件下小直径棒束组件温度测量方法，包括：分别在棒束的至少两个加热管内均插入2个热电偶，每个热电偶均通过银钎焊的方式电焊在加热管内壁上，每个热电偶的铠装部分涂一层耐高温绝缘漆，涂漆之后常温固化36小时；支撑件一端从加热管一端伸入加热管内对热电偶进行支撑；再用银钎焊方法，使得热电偶固定在内壁面上；然后向加热管内填充绝缘材料加强热电偶与通电壁面之间的绝缘；利用热电偶测量获得加热管内壁温度，通过加热管内壁温度计算获得加热管外壁温度；能够在实验装置处于运动的条件下保证准确、稳定地测量小直径棒束壁面温度，开展相关的棒束传热特性实验。

Description

一种运动条件下小直径棒束组件温度测量方法

技术领域

本发明涉及海上浮动核电站及核动力舰船研究领域，具体地，涉及一种运动条件下小直径棒束组件温度测量方法。

背景技术

海上浮动核电站及核动力舰船在工作过程中会受海浪起伏运动的影响。通道内的冷却剂也随之产生运动，尤其是在冷却剂处于两相情况下，大量气泡随海浪的运动产生迁移，造成通道流场和温度场的改变。为了分析运动条件对棒束传热特性的影响，需要使用热电偶测量棒束壁温的方法测量通道的温度场。

由于棒的直径较小，使热电偶很难在狭小的空间内安装，而且棒束组件在运动条件的影响下，热电偶等壁面温度测量装置很难布置，用传统方法布置后比较容易受运动条件影响而发生脱落、移位等情况，而且热电偶容易与带电加热管接触而导致热电偶失灵。

发明内容

本发明提供了一种运动条件下小直径棒束组件温度测量方法，解决窄小空间内由于运动条件导致的热电偶容易脱落的问题，能够在实验装置处于运动的条件下保证准确、稳定地测量小直径棒束壁面温度，开展相关的棒束通道传热特性实验。

为实现上述发明目的，本申请提供了一种运动条件下小直径棒束组件温度测量方法，所述方法包括：

分别在棒束的至少两个加热管内均插入2个热电偶，每个热电偶均通过银钎焊的方式电焊在加热管内壁上，每个热电偶在加热管内的固定高度和位置各不相同，每个热电偶的铠装部分涂一层耐高温绝缘漆，支撑件一端从加热管一端伸入加热管内对热电偶进行支撑，一个支撑件支撑一个热电偶，支撑件与热电偶一一对应；热电偶位置固定好后通过向加热管内填充绝缘材料保证热电偶和加热壁面之间的绝缘；利用热电偶测量获得加热管内壁温度，通过加热管内壁温度计算获得加热管外壁温度。

为了获得棒束的壁面温度特性，拟在棒束每根加热管的内部布置热电偶，热电偶的铠装部分涂一层耐高温绝缘漆。耐高温绝缘漆是由氧化铝、氮化硅等填料组成的无机晶体材料。涂漆之后常温固化36小时。热电偶用银钎焊的方法固定在壁面，以测量通道内壁面温度。热电偶安装好后，向加热管内填充绝缘材料，绝缘材料的成分可以为MgO粉。通过相应的数据处理方法，获得通道外壁面温度。

进一步的，热电偶通过银钎焊的方式电焊在加热管内壁上，具体包括：首先从加热管面上钻出直径为1.5mm的小孔，将直径为1mm的热电偶插入小孔内，与此同时将一个直径为2.5mm的支撑件从加热管一端伸入加热管内对热电偶进行支撑固定，然后使用银钎焊方法，点燃熔化焊条，焊液滴入小孔内，使得热电偶固定在内壁面上，同时银钎焊料将小孔密封。

进一步的，棒束包括若干加热管。

进一步的，通过加热管内壁温度计算获得加热管外壁温度，具体为：

加热管外壁温t_wo：

其中，a₀为加热棒材料的导热系数计算式中的常数项，a₁为加热棒材料的导热系数计算式中的因子项，

为加热管的体积内热源，r₀为加热管的外径，r_i为加热管的内径，t_wi为测量得到的加热管内壁温。

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：

本发明提出的运动条件下棒束热电偶安装及壁温数据处理方法能够在棒内有限的空间条件下较好的解决了热电偶安装、保证绝缘的难题及壁面温度的数据处理，从而进一步获得棒束壁面的换热特性，能够保证完成棒束燃料组件的传热特性实验。

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为热电偶安装示意图；

图中：1热电偶；2加热管；3小孔；4支撑件。

具体实施方式

本发明提供了一种运动条件下小直径棒束组件温度测量方法，解决窄小空间内由于运动条件导致的热电偶容易脱落的问题，能够在实验装置处于运动的条件下保证准确、稳定地测量小直径棒束壁面温度，开展相关的棒束传热特性实验。

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。

请参考图1，本申请提供了为了避免热电偶测点及引线对通道内流体流型演变和气泡生成产生影响，棒束的单根管为中空，热电偶1布置在中空的管内，用于测量棒壁温。棒束由一组加热管2组成，可通过调节电压改变其加热功率。为了获得沿流动方向的传热系数，需要测不同轴向位置处的棒壁温，所以每根棒至少需要布置2个热电偶。在棒束狭窄的通道内，将热电偶布置在紧贴加热管内壁的位置。为了防止热电偶接触加热管内壁而有电流通过，将热电偶的铠装部分涂一层耐高温绝缘漆。耐高温绝缘漆是由氧化铝、氮化硅等填料组成的无机晶体材料。涂漆之后常温固化36小时。

热电偶通过银钎焊的方式直接电焊在加热管内壁。焊接热电偶时，首先从加热壁面上钻出直径为1.5mm的小孔3，将直径为1mm的热电偶深入小孔内，与此同时将一个直径为2.5mm的支撑件4从加热棒一头伸入，抵住热电偶，起到固定热电偶的作用，再用银钎焊方法，点燃熔化焊条，焊液滴入孔内，使得热电偶固定在内壁面上，继而银钎焊料把小孔封死。如图1所示。然后向加热管内填充绝缘材料，绝缘材料的成分可以为MgO粉。

由于棒直径较小，每根加热管内只能放入两根热电偶。通过这种方法直接测得的是加热管内壁温，还需要通过一定的方法将内壁温转变成外壁温。具体数据处理方法如下。

先根据实际运行工况对加热棒的边界条件做出一定假设，通过对每根棒的导热特性进行推导，获得棒内壁温与外壁温的对应关系，测量得到内壁温后，可根据关系式求解得到外壁温。

根据本实验的条件和特点，可以作出以下几点合理的假设：

(1)加热管管壁是一个均匀的发热体，即各处的体积内热源

体积发热率，

(2)管壁的轴向导热可以忽略不计，因此加热管可视为含有局域内热源的一维径向稳态导热问题。

(3)管壁的导热系数λ是温度的一次函数，即λ＝a₀+a₁t，单位是W/m.℃；

(4)内壁绝热条件良好，即

由以上假设，则管壁的外壁温的圆柱坐标系数学描述如下：

边界条件为：

内壁：r＝r_i,

外壁：r＝r_o,t＝t_wo (3)

对方程(1)进行不定积分获得：

将方程(2)代入方程(4)，获得：

将公式(6)代入方程(4)，获得：

对式(4)积分一次，可得：

将C₁代入式(8)，用分离法得到：

代入内壁的边界条件得：

将外壁处的参数代入式(9)，得到：

式(11)可看作为变量t_wo的二次方程，根据二次方程最后求得实验段外壁温t_wo：

体积内热源

通过计算获得，加热段管壁的导热系数λ＝a₀+a₁t则通过拟合计算公开出版资料的实验数据确定其常数项，内壁温通过测量得到，因此通过式(12)可以计算获得实验段外壁面温度值。

本发明是基于运动条件下堆芯棒束燃料对热工水力实验装置传热特性测试的需要，研发出来的一种新型的棒束组件内热电偶安装及壁温数据处理方法。此技术能够实现将热电偶稳定地安装在棒束燃料组件内部，保证热电偶与带电加热管之间的绝缘，并且准确、稳定测量运动条件下的棒束的壁面温度，进而研究其传热特性，获得各种运动参数对棒束燃料组件传热特性的影响。本发明具有结构简单、操作方便等优点，能充分满足棒束燃料组件的试验要求。

本发明介绍了运动条件下棒束组件温度测量及对应的壁温数据处理方法，详细说明了热电偶在小直径棒束通道内的安装方法以及由内壁温推算外壁温的数据处理方法。将热电偶铠装部分涂一层耐高温绝缘漆，通过银钎焊的方法，将热电偶固定在棒内壁面上，热电偶位置固定好后再向加热管内填充绝缘材料，并且测得内壁面温度，并采用推导公式计算出外壁温度，获得运动条件对棒束元件温度分布和传热特性的影响。

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 (3)

1.一种运动条件下小直径棒束组件温度测量方法，其特征在于，所述方法包括：

分别在棒束的至少两个加热管内均插入2个热电偶，每个热电偶均通过银钎焊的方式电焊在加热管内壁上，每个热电偶的铠装部分涂一层耐高温绝缘漆，支撑件一端从加热管一端伸入加热管内对热电偶进行支撑；热电偶位置固定好后通过向加热管内填充绝缘材料保证热电偶和加热壁面之间的绝缘；利用热电偶测量获得加热管内壁温度，通过加热管内壁温度计算获得加热管外壁温度；热电偶通过银钎焊的方式电焊在加热管内壁上，具体包括：首先从加热管面上钻出直径为1.5mm的小孔，将直径为1mm的热电偶插入小孔内，与此同时将一个直径为2.5mm的支撑件从加热管一端伸入加热管内对热电偶进行支撑固定，然后使用银钎焊方法，点燃熔化焊条，焊液滴入小孔内，使得热电偶固定在内壁面上，同时银钎焊料将小孔密封。

2.根据权利要求1所述的运动条件下小直径棒束组件温度测量方法，其特征在于，棒束包括若干加热管。

3.根据权利要求1所述的运动条件下小直径棒束组件温度测量方法，其特征在于，通过加热管内壁温度计算获得加热管外壁温度，具体为：

加热管外壁温t_wo：

其中，a₀为加热棒材料的导热系数计算式中的常数项，a₁为加热棒材料的导热系数计算式中的因子项，

为加热管的体积内热源，r₀为加热管的外径，r_i为加热管的内径，t_wi为测量得到的加热管内壁温。

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