CN110422276A - 运动条件下海水环境模拟装置及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了运动条件下海水环境模拟装置及模拟方法，所述境模拟装置包括海水环境模拟箱、换热器、储水箱、循环泵、流量调节阀，所述海水环境模拟箱、换热器通过管道连接形成第一循环回路，所述海水环境模拟箱、换热器设置在运动平台上，所述海水环境模拟箱、储水箱、循环泵、流量调节阀通过管道依次连接形成第二循环回路，所述储水箱配合设置有中间换热器，所述储水箱和循环泵设置在钢平台上。本发明能够对海水环境进行准确模拟，实现对船用堆非能动余热排出系统实际运行情况的模拟，能够用于开展运动条件下反应堆非能动余热排出实验。

Description

运动条件下海水环境模拟装置及模拟方法

技术领域

本发明涉及与海水冷却相关的非能动余热排出实验技术领域，具体涉及运动条件下海水环境模拟装置及模拟方法。

背景技术

船用堆设计有非能动余热排出系统，即将海水作为最终热阱，应用海水作为换热器的冷却工质，通过自然循环方式实现换热器冷却海水的循环。

在海洋环境中，船舶会随波浪产生起伏、横摇、纵摇、倾斜等附加运动，附加运动会对反应堆冷却剂系统及相关安全系统内的流体产生附加力的作用，同时设备之间的几何位置也发生改变。冷水从换热器进水管流入，在换热器内被加热，然后从换热器出水管流出。在冷热水密度差作用下，换热器与海水之间能够形成自然循环。

在运动条件下，换热器位置时刻发生改变，但换热器冷却水进出口始终被海水淹没，附加运动和几何位置的改变能够对反应堆的非能动余热排出系统造成显著的影响，因此需要开展运动条件下反应堆非能动余热排出实验。

发明内容

本发明的目的在于提供运动条件下海水环境模拟装置，能够对海水环境进行准确模拟，实现对船用堆非能动余热排出系统实际运行情况的模拟，能够用于开展运动条件下反应堆非能动余热排出实验。

此外，本发明还提供上述模拟装置的模拟方法。

本发明通过下述技术方案实现：

运动条件下海水环境模拟装置，包括海水环境模拟箱、换热器、储水箱、循环泵、流量调节阀，所述海水环境模拟箱、换热器通过管道连接形成第一循环回路，所述海水环境模拟箱、换热器设置在运动平台上，所述海水环境模拟箱、储水箱、循环泵、流量调节阀通过管道依次连接形成第二循环回路，所述储水箱配合设置有中间换热器，所述储水箱和循环泵设置在钢平台上。

本发明所述钢平台为固定不动结构，所述，能够对海洋环境进行准确模拟，具体结构(运动平台是一种液压的六自由度运动平台，能够实现摇摆、起伏、倾斜等运动)，所述中间换热器能够对储水箱内流体进行冷却。在本申请中，海水环境模拟箱始终是充满水的，不会产生波浪，设备搭载在运动台上，模拟的是设备随海浪的整体运动，有摇摆、起伏和倾斜等运动。

本发明的工作原理：

实验开始前，将调制好的海水注入到储水箱内，并开启中间换热器冷却水对储水箱内海水进行冷却。开启循环泵，以小流量向海水环境模拟箱内注满水，海水从海水环境模拟箱的进水管流入，从出水管流出。实验过程中，通过流量调节阀控制海水循环流量来调节海水环境模拟箱内的海水温度，可实现20℃～60℃之间的温度调节。

本发明将海水环境模拟箱与换热器一同布置在运动平台上，能够实现运动过程中换热器的进口和出口始终被海水淹没，模拟了船用堆非能动余热排出系统实际运行情况。

本发明可通过储水箱内部的中间换热器将海水冷却至20℃左右，可通过流量调节阀控制海水循环流量来调节海水环境模拟箱内的海水温度，可非常简单地实现20℃～60℃之间的温度调节。

进一步地，海水环境模拟箱在竖直方向上通过整流板分隔成左室和右室，所述左室和右室通过整流板连通，所述左室通过换热器出水管与换热器连通，所述右室通过换热器进水管与换热器连通。

所述整流板的设置能够防止海水注入时引起海水环境模拟箱内流体产生涡流，从而影响海水环境模拟箱与换热器之间的自然循环流动特性。

同时，经过换热器换热后的海水先进入左室与由进水管进入左室的冷却后的海水混合后，再通过整流板进入右室，能够有效对经过换热器换热后的海水进行冷却，避免由出水管进入储水箱的海水温度过高，利于减小中间换热器的工作量。

进一步地，整流板为板状结构，在板状结构的上部设置有连通孔。

进一步地，海水环境模拟箱的右室和储水箱之间通过出水管连通，所述储水箱和海水环境模拟箱的左室之间通过进水管连通，所述循环泵和流量调节阀设置在储水箱和海水环境模拟箱的左室之间。

进一步地，进水管设置在左室外侧下部，所述出水管设置在右室外侧上部，所述换热器出水管和换热器进水管分别设置在左室和右室的中部或下部。

本发明所述外侧具体是指左室和右室相对的一侧。

本发明通过将海水入口布置在海水环境模拟箱的底部，出口布置在海水环境模拟箱上部，使得海水环境模拟箱内时刻充满水。

进一步地，海水环境模拟箱通过通气管与大气连通。

上述设置保证了海水环境模拟箱压力为常压。

进一步地，循环泵并联设置有旁流调节阀。

通过控制旁流调节阀和流量调节阀的开度，调节进水管流量，从而控制海水环境模拟箱的右室的温度，达到控温作用。

进一步地，储水箱的高度大于循环泵的高度。

上述设置能够防止循环泵发生汽蚀。

进一步地，管道为金属软管。

一种运动条件下海水环境模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：

1)、在实验开始前，将调制好的海水注入到储水箱内，并开启中间换热器对储水箱内海水进行冷却至20℃以下；

2)、开启循环泵，向海水环境模拟箱内注满水；

3)、开始实验，海水从海水环境模拟箱的换热器进水管流入换热器，在换热器内被加热，经换热器出水管进入海水环境模拟箱内；

4)、流经进水管的冷水与流经换热器出水管的热水在海水环境模拟箱的左室内混合，调整阀门开度，进而调节进水管流量，从而控制海水环境模拟箱的右室温度。

海水环境模拟方法规定了实验准备阶段和实验过程的海水模拟装置的操作步骤，满足运动条件下非能动余热排出实验的要求。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明将海水环境模拟箱与换热器一同布置在运动平台上，能够实现运动过程中换热器的进口和出口始终被海水淹没，模拟了船用堆非能动余热排出系统实际运行情况。

2、本发明可通过储水箱内部的中间换热器将海水冷却至20℃左右，可通过流量调节阀控制海水循环流量来调节海水环境模拟箱内的海水温度，可非常简单地实现20℃～60℃之间的温度调节。

3、本发明所述整流板的设置能够防止海水注入时引起海水环境模拟箱内流体产生涡流，从而影响海水环境模拟箱与换热器之间的自然循环流动特性。

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是本发明海水环境模拟装置流程图；

图2是海水环境模拟箱的示意图；

图3是整流板的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-海水环境模拟箱，2-换热器，3-储水箱，4-中间换热器，5-循环泵，6-旁流调节阀，7-流量调节阀，8-大气，9-进水管，10-通气管，11-出水管，12-换热器进水管，13-换热器出水管，14-整流板，15-连通孔。

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至图3所示，运动条件下海水环境模拟装置，包括海水环境模拟箱1、换热器2、储水箱3、循环泵5、流量调节阀7，所述海水环境模拟箱1、换热器2通过管道连接形成第一循环回路，所述海水环境模拟箱1、换热器2设置在运动平台上，所述海水环境模拟箱1、储水箱3、循环泵5、流量调节阀7通过管道依次连接形成第二循环回路，所述储水箱3配合设置有中间换热器4，所述储水箱3和循环泵5设置在钢平台上。

在本实施例中，通过将海水环境模拟箱1与换热器2一同布置在运动平台上，能够实现运动过程中换热器2的进口和出口始终被海水淹没，模拟了船用堆非能动余热排出系统实际运行情况。

本发明可通过储水箱3内部的中间换热器4将海水冷却至20℃左右，可通过流量调节阀7控制海水循环流量来调节海水环境模拟箱1内的海水温度，可非常简单地实现20℃～60℃之间的温度调节

实施例2：

如图1至图3所示，本实施例基于实施例1，所述海水环境模拟箱1在竖直方向上通过整流板14分隔成左室和右室，所述左室和右室通过整流板14连通，所述左室通过换热器出水管13与换热器2连通，所述右室通过换热器进水管12与换热器2连通；所述整流板14为板状结构，在板状结构的上部设置有连通孔15；所述海水环境模拟箱1的右室和储水箱3之间通过出水管11连通，所述储水箱3和海水环境模拟箱1的左室之间通过进水管9连通，所述循环泵5和流量调节阀7设置在储水箱3和海水环境模拟箱1的左室之间；所述进水管9设置在左室外侧下部，所述出水管11设置在右室外侧上部，所述换热器出水管13和换热器进水管12分别设置在左室和右室的中部或下部。

在本实施例中，通过整流板14的设置能够防止海水注入时引起海水环境模拟箱1内流体产生涡流，从而影响海水环境模拟箱1与换热器2之间的自然循环流动特性

实施例3：

如图1至图3所示，本实施例基于实施例1或实施例2，所述海水环境模拟箱1通过通气管10与大气8连通；所述循环泵5并联设置有旁流调节阀6；所述储水箱3的高度大于循环泵5的高度；所述管道为金属软管。

一种如实施例2-实施例3任一项所述运动条件下海水环境模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：

1)、在实验开始前，将调制好的海水注入到储水箱3内，并开启中间换热器4对储水箱3内海水进行冷却至20℃以下；

2)、开启循环泵5，向海水环境模拟箱1内注满水；

3)、开始实验，海水从海水环境模拟箱1的换热器进水管12流入换热器2，在换热器2内被加热，经换热器出水管13进入海水环境模拟箱1内；

4)、流经进水管9的冷水与流经换热器出水管13的热水在海水环境模拟箱1的左室内混合，调整阀门开度，进而调节进水管9流量，从而控制海水环境模拟箱1的右室温度。

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 (10)

1.运动条件下海水环境模拟装置，其特征在于，包括海水环境模拟箱(1)、换热器(2)、储水箱(3)、循环泵(5)、流量调节阀(7)，所述海水环境模拟箱(1)、换热器(2)通过管道连接形成第一循环回路，所述海水环境模拟箱(1)、换热器(2)设置在运动平台上，所述海水环境模拟箱(1)、储水箱(3)、循环泵(5)、流量调节阀(7)通过管道依次连接形成第二循环回路，所述储水箱(3)配合设置有中间换热器(4)，所述储水箱(3)和循环泵(5)设置在钢平台上。

2.根据权利要求1所述的运动条件下海水环境模拟装置，其特征在于，所述海水环境模拟箱(1)在竖直方向上通过整流板(14)分隔成左室和右室，所述左室和右室通过整流板(14)连通，所述左室通过换热器出水管(13)与换热器(2)连通，所述右室通过换热器进水管(12)与换热器(2)连通。

3.根据权利要求2所述的运动条件下海水环境模拟装置，其特征在于，所述整流板(14)为板状结构，在板状结构的上部设置有连通孔(15)。

4.根据权利要求2所述的运动条件下海水环境模拟装置，其特征在于，所述海水环境模拟箱(1)的右室和储水箱(3)之间通过出水管(11)连通，所述储水箱(3)和海水环境模拟箱(1)的左室之间通过进水管(9)连通，所述循环泵(5)和流量调节阀(7)设置在储水箱(3)和海水环境模拟箱(1)的左室之间。

5.根据权利要求4所述的运动条件下海水环境模拟装置，其特征在于，所述进水管(9)设置在左室外侧下部，所述出水管(11)设置在右室外侧上部，所述换热器出水管(13)和换热器进水管(12)分别设置在左室和右室的中部或下部。

6.根据权利要求1所述的运动条件下海水环境模拟装置，其特征在于，所述海水环境模拟箱(1)通过通气管(10)与大气(8)连通。

7.根据权利要求1所述的运动条件下海水环境模拟装置，其特征在于，所述循环泵(5)并联设置有旁流调节阀(6)。

8.根据权利要求1所述的运动条件下海水环境模拟装置，其特征在于，所述储水箱(3)的高度大于循环泵(5)的高度。

9.根据权利要求1所述的运动条件下海水环境模拟装置，其特征在于，所述管道为金属软管。

10.一种如权利要求5所述运动条件下海水环境模拟装置的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、在实验开始前，将调制好的海水注入到储水箱(3)内，并开启中间换热器(4)对储水箱(3)内海水进行冷却至20℃以下；

2)、开启循环泵(5)，向海水环境模拟箱(1)内注满水；

3)、开始实验，海水从海水环境模拟箱(1)的换热器进水管(12)流入换热器(2)，在换热器(2)内被加热，经换热器出水管(13)进入海水环境模拟箱(1)内；

4)、流经进水管(9)的冷水与流经换热器出水管(13)的热水在海水环境模拟箱(1)的左室内混合，调整阀门开度，进而调节进水管(9)流量，从而控制海水环境模拟箱(1)的右室温度。