CN109505830B - 一种非能动非线性流体阻力元件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非能动非线性流体阻力元件，包括具有螺旋状回转结构的主螺旋盘管；所述主螺旋盘管上设置有出口管线和至少两条入口支管。本发明的有益效果在于：(1)该类型阻力元件采用螺旋盘管作为基础阻力件，可藉由机械放大原理，实现较高的流阻标定精度；(2)该类型阻力元件的基础流阻线性度较高，标定流阻稳定性高；(3)该类型阻力元件不包括活动部件，完全为固定结构，可靠性更高。

Description

一种非能动非线性流体阻力元件
技术领域
本发明属于流体阻力元件设计，具体涉及一种非能动非线性流体阻力元件。
背景技术
流量控制是能源及动力系统设计的重要问题之一，调节管道流阻使之与驱动压头匹配，是最常用的技术手段。在核电领域，涉及诸多流量调节问题，尤其对于安注、安喷及安全壳冷却系统等安全相关系统，其事故后流量调节的可靠性、及时性及准确性与核电厂安全直接相关。安注箱是核电站反应堆发生事故时，用于一回路紧急冷却剂注入的设备，其工作特点是安注流量的高度非线性。安注之初，额定流量较大，几十秒后，要求注入流量陡降，并长时间维持于较低水平，这给安注箱阻力设计带来了巨大的困难。第三代核电系统的代表有美国的AP1000、俄罗斯的WWER、欧洲的EPR、日本的ABWR及韩国的APR1400等，这些电厂尝试采用非能动技术对管道或流道阻力进行精确的非线性标定，并配以非能动触发设备，形成了新的流量控制方式，典型例子包括AP1000的PCS水箱排水管线的排管结构、AP1000的ADS-4爆破阀及APR1400的安注箱出口阻力件等。对于此类开环流量控制方法，预先精确设计流道结构以精确标定其阻力系数，是至关重要的问题。管道的流阻设计是工业界一直关注的问题，相关研发工作较多，如：美国2010年的专利Face mask with offset foldingfor improved fluid resistance(US7725948)提供了一种叠层结构流体阻力元件、美国2001年的专利Method for discharging ink from a liquid jet recording headhaving a fluid resistance element with a movable member,and head,headcartridge and recording apparatus using that method(US6213592)提供了一种具有流道内旋启叶片结构的阻力元件、1996年的美国专利Method and device for providingfluid resistance within a flow passageway(US5511585)提供了一种具有管道内多孔介质块结构的阻力元件，1994、1995年的两项美国专利Drag block for increasing thefluid resistance of well production tubing inadvertently dropped in a casedhole of an oil or gas well(US5372192)和Telescoping conduits for increasingthe fluid resistance of well production tubing inadvertently dropped in anoil or gas well(US5474128)，提供了两种具有管道内带孔套管的阻力元件。我国在精密及非线性流阻研发方面起步较晚，专利申请主要出现于2000年之后，如：一种流阻可调节的流体冷板结构(CN201510774212.X)、一种管内流阻微调附加装置(CN201621478962.9)、可变流阻(CN201310109003.4)、变阻力式管道流速限制装置(CN201710321571.9)等。
上述现有技术的不足之处在于，流阻标定精度不够。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种非能动非线性流体阻力元件，提高流阻标定精度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种非能动非线性流体阻力元件，包括具有螺旋状回转结构的主螺旋盘管；所述主螺旋盘管上设置有出口管线和至少两条入口支管。
进一步地，上述的非能动非线性流体阻力元件，所述主螺旋盘管的螺旋状回转结构为正螺旋锥、倒螺旋锥或赛道螺旋。
进一步地，上述的非能动非线性流体阻力元件，不同入口支管的入口具有不同标高。
进一步地，上述的非能动非线性流体阻力元件，不同入口支管设置于所述主螺旋盘管的不同位置。
进一步地，上述的非能动非线性流体阻力元件，不同入口支管的形状不同。
进一步地，上述的非能动非线性流体阻力元件，所述出口管线至少为两条，不同的出口管线具有不同的出口阻力。
进一步地，上述的非能动非线性流体阻力元件，不同出口管线的形状不同。
进一步地，上述的非能动非线性流体阻力元件，所述入口支管和出口管线均与所述主螺旋盘管固定连接。
本发明的有益效果在于：
(1)该类型阻力元件采用螺旋盘管作为基础阻力件，可藉由机械放大原理，实现较高的流阻标定精度；
(2)该类型阻力元件的基础流阻线性度较高，标定流阻稳定性高；
(3)该类型阻力元件不包括活动部件，完全为固定结构，可靠性更高。
附图说明
图1为本发明的非能动非线性流体阻力元件的结构示意图(正螺旋锥-密闭容器内)。
图2为本发明的非能动非线性流体阻力元件的结构示意图(倒螺旋锥-密闭容器内)。
图3为本发明的非能动非线性流体阻力元件的结构示意图(赛道螺旋-开放容器内)。
图4为本发明的非能动非线性流体阻力元件的结构示意图(倒螺旋锥)。
图5为本发明的非能动非线性流体阻力元件的结构示意图(正螺旋锥)。
图6为本发明的非能动非线性流体阻力元件的结构示意图(赛道螺旋)。
图7为本发明的主螺旋盘管阻力系数线性度示意图。
上述附图中，01、容器；02、高压氮气；03、主螺旋盘管；04、出口管线；11、入口支管；L1-L6、入口支管。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
本发明公开了一种非能动非线性流体阻力元件，旨在使流体系统具有特定的非线性流体阻力特性，可用于满足压水堆核电厂一回路安注箱设计，如图1、2、3所示，包括具有螺旋状回转结构的主螺旋盘管03；所述主螺旋盘管03上设置有出口管线04和至少两条入口支管。本发明所述的非能动非线性流体阻力元件，既可适用于如图1、2所示的密闭容器(本实施例中为容器01为充满高压氮气02的密闭容器)，也可适用于如图3所示的开放容器。
主螺旋盘管的螺旋状回转结构为正螺旋锥(如图5所示)、倒螺旋锥(如图4所示)或赛道螺旋(如图6所示)。本发明提供了上述三种形状不同的结构，其作用在于：①可适应不同空间形态要求；②不同结构提供了不同的阻力系数-空间构型关系特性，可用于不同流阻设计需求。
不同入口支管设置于所述主螺旋盘管的不同位置，其入口具有不同标高，形状不同。所述的形状不同包括母线形状及尺寸的不同和/或横截面形状及尺寸的不同。支管标高不同，使该流体阻力元件在运行过程中，不同的时间节点上具有不同的阻力系数，这是一种目前无法准确实现的非线性控制要求。如入口支管L1-L6、11均为不同形状的异标高支管。
优选地，出口管线04可以设置为至少为两条，不同的出口管线具有不同的出口阻力，便于满足不同需求。同理，不同出口管线的形状不同。
入口支管和出口管线均与所述主螺旋盘管固定连接，如此，整个元件不包括活动部件，可靠性更高。
如图7所示为本发明的主螺旋盘管阻力系数线性度示意图，根据该图本发明的阻力元件的基础流阻线性度较高，标定流阻稳定性高，因此，其母管形态设计与支管设计是可以精确控制的。故而，本领域技术人员可根据需要对本发明的母管形态和支管设计进行组合设计，从而达到精确模拟的目的。本发明提出的技术方案具有突出的通用意义，其设计方法可与3D打印技术和计算流体力学仿真技术衔接，使其流阻精度标定达到前所未有的水平。
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同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种非能动非线性流体阻力元件，其特征在于：包括具有螺旋状回转结构的主螺旋盘管；所述主螺旋盘管上设置有出口管线和至少两条入口支管；
所述主螺旋盘管的螺旋状回转结构为正螺旋锥、倒螺旋锥或赛道螺旋；
不同入口支管的入口具有不同标高。
2.如权利要求1所述的非能动非线性流体阻力元件，其特征在于：不同入口支管设置于所述主螺旋盘管的不同位置。
3.如权利要求1所述的非能动非线性流体阻力元件，其特征在于：不同入口支管的形状不同。
4.如权利要求1-3任一所述的非能动非线性流体阻力元件，其特征在于：所述出口管线至少为两条，不同的出口管线具有不同的出口阻力。
5.如权利要求4所述的非能动非线性流体阻力元件，其特征在于：不同出口管线的形状不同。
6.如权利要求1-3任一所述的非能动非线性流体阻力元件，其特征在于：所述入口支管和出口管线均与所述主螺旋盘管固定连接。
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