CN110706832A - 一种中间换热器入口流道优化结构的测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中间换热器入口流道优化结构的测试装置及方法。所述测试装置包括风机、阀门、流量计、入口流道优化结构、中间换热器，所述中间换热器由入口流道与上部管束模拟件组成，所述入口流道与上部管束模拟件可拆卸连接，所述入口流道优化结构安装于入口流道内，上部管束模拟件采用泡沫金属或小球堆积结构来填充。采用本发明的测试装置及方法，可以降低实验成本和加工成本，并快速获得多种实验结果，提高实验效率。

Description

一种中间换热器入口流道优化结构的测试装置
技术领域
本发明涉及核反应堆工程领域，具体涉及一种中间换热器入口流道优化结构的测试装置。
背景技术
超高温气冷堆由于其固有安全性好和能提供高温热源的特点，除了高效发电外，还特别适宜于制氢、工艺热应用及联合循环，从而能有效减少上述工艺过程中的化石能源消耗和温室气体排放。中间换热器是实现超高温气冷堆热利用和制氢的关键设备。作为高温热源(950-1000℃)的传递枢纽和一回路压力边界，中间换热器需要在接近金属材料极限的温度下长时间服役(几十万小时)，同时需要作为一回路压力边界抵御各种事故对反应堆的威胁，并防止氚对热工艺过程的污染。这些要求使得中间换热器在材料选择、热工水力设计、结构设计和制造工艺上都面临挑战。其中，中间换热器入口流道的热工水力特征对中间换热器的性能影响很大。
对中间换热器入口流道进行优化是极为重要的，这是因为中间换热器中的流体从侧面流入，经过90度弯头结构转向，流向中间换热器上部的换热管束区域。由于结构的不对称性，使得进入换热区域的流体在原流向方向流量分配较多，在偏离原流向方向流量分配较少，导致进入中间换热器换热管束区域的流体不能均匀分布。气流分配不均将使换热管周向换热不均，从而引起温度分布不均，进而导致换热管周向热应力不均匀。带来的危害是周向换热管不能等寿命老化，存在提前坏损的隐患，对结构存在不利影响。因此，对入口结构进行优化，均匀化换热区域流场，对换热性能的提升具有重要意义，开展入口流道优化研究对于中间换热器意义重大。
关于中间换热器入口流道优化的研究，可供参考的资料较少。为探究工程上可行的结构方案，开展不同的优化结构的性能测试非常重要。然而，由于实际结构的复杂性，其中尤其是中间换热器换热管区域采用螺旋管盘管结构，如果按照工程实际加工螺旋盘管等部件，加工成本代价大，且不容易实现对不同盘管参数结构的模拟，因此需要开发一种简单便捷的测试装置及方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种高温气冷堆内中间换热器入口流道优化设计测试装置及方法，以降低实验成本，提高实验的效率。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
一种中间换热器入口流道优化结构的测试装置，所述入口流道优化结构用于高温气冷堆内的中间换热器，所述测试装置包括风机、阀门、流量计、入口流道优化结构、中间换热器，所述中间换热器由入口流道与上部管束模拟件组成，所述入口流道与上部管束模拟件可拆卸连接，所述入口流道优化结构安装于入口流道内，所述风机通过管道与入口流道相连通，所述阀门、流量计依次设置于风机与入口流道之间的管道上，所述上部管束模拟件采用泡沫金属或小球堆积结构来填充，可以模拟中间换热器中管束结构造成的流体阻力损失，并且可以通过改变泡沫金属的疏密或小球的直径与堆积方式，实现对不同管束结构的模拟。
进一步地，入口流道与上部管束模拟件通过法兰连接。
进一步地，所述入口流道优化结构通过固定插销安装于中间换热器入口流道内。
进一步地，所述上部管束模拟件的入口处，设有流动参数测量关键截面，在关键截面处均匀布置多个测孔，每个测孔均安装有热线风速仪。
进一步地，所述热线风速仪探头伸入关键截面的距离可调。
进一步地，所述入口流道与上部管束模拟件之间安装有压差计。
一种入口流道优化结构的测试方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1.在中间换热器的入口流道处，通过固定插销连接，安装入口流道优化结构；
步骤2.打开风机，调至预先设定的功率，并通过阀门进行微调，以阀门之后流量计的示数为准，调节阀门至相应的位置；
步骤3.气体流经入口流道时，在入口流道优化结构的作用下，流动状态被改变，流动特征发生变化，并流入上部管束模拟件，通过压差计量进行测此过程中的压降；
步骤4.在上部管束模拟件入口处，设计流动参数测量关键截面，在关键截面处均匀布置多个测孔，每个测孔均安装有热线风速仪，流体流经测量截面时，利用风速仪记录截面上流体的流速，调节风速仪探头的伸入距离，以此获得整个关键测量截面处的速度场分布；
步骤5.停机，更换入口流道优化结构进行下一组实验。
进一步地，所述方法还包括步骤6：根据需求，更换上部管束模拟件内的金属泡沫或小球堆积结构，以模拟中间换热器的不同参数的管束结构。
本发明的效果在于：
1、结构简单，可以快速实现不同入口流道优化结构的更换，有助于降低试验成本以及获得多种实验结果；
2、可以通过布置在上部管束模拟件入口的热线风速仪测量获得不同入口流道结构产生的流场分布，从而可以评价不同设计结构的性能；
3、上端管束模拟件采用泡沫金属或小球堆积结构填充，可以通过改变泡沫金属的疏密或小球的直径、堆积方式等参数，实现对管束结构的模拟，大大降低了实验的成本与加工难度。
附图说明
图1为高温气冷堆内中间换热器入口流道优化结构的测试装置的系统示意图；
图2为上部管束模拟件的入口的关键截面的示意图；
图3为入口优化结构装配示意图；
其中：1-风机，2-管道，3-阀门，4-流量计，5-入口优化结构，6-法兰，7-关键截面，8-上部管束模拟结构，9-压差计，10-入口流道，11-固定插销，】2-测孔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述。
如图1所示，一种中间换热器入口流道优化结构的测试装置，所述入口流道优化结构用于高温气冷堆内的中间换热器，所述测试装置包括风机1、阀门3、流量计4、入口流道优化结构5、中间换热器，所述中间换热器由入口流道9与上部管束模拟件8组成，所述入口流道10与上部管束模拟件8通过法兰6连接，如图3所示，入口流道优化结构5通过固定插销11安装于入口流道10内。
风机1通过管道2与入口流道10相连通，所述阀门3、流量计4依次设置于风机与入口流道10之间的管道2上，风机1提供测试所需的气体，流量计4监测流体的流量从而可以获得流体的速度，阀门3可以调节流体流量的大小。
上部管束模拟件8采用泡沫金属或小球堆积结构来填充，可以模拟实际中盘管结构造成的流体阻力损失，与实际结构相比，成本低廉，并且可以通过改变泡沫金属的疏密或小球的直径与堆积方式，实现对不同管束结构的模拟。
入口流道优化结构5则是需要重点测试的单元，如图3所示，入口流道10处设置有固定插销11，可以安装和更换不同的优化结构进行测量，有助于降低试验成本以及获得多种实验结果。
如图1、图2所示，上部管束模拟件8的入口处，设有流动参数测量关键截面7，在关键截面7处均匀布置多个测孔12，每个测孔12均安装有热线风速仪。所述热线风速仪探头伸入关键截面的距离可调。通过热线风速仪测量获得不同入口流道结构产生的流场分布，从而可以评价不同设计结构的性能。
所述入口流道10与上部管束模拟件8之间安装有压差计9，气体流经入口流道10时，在入口流道优化结构5的作用下，流动状态被改变，流动特征发生变化，并流入上部管束模拟件8，可以通过压差计9量进行测此过程中的压降。
一种入口流道优化结构的测试方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1.在中间换热器的入口流道9处，通过固定插销11连接，安装入口流道优化结构5；
步骤2.打开风机1，调至预先设定的功率，并通过阀门3进行微调，以阀门3之后流量计4的示数为准，调节阀门3至相应的位置；
步骤3.气体流经入口流道10时，在入口流道优化结构5的作用下，流动状态被改变，流动特征发生变化，并流入上部管束模拟件8，通过压差计量进行测此过程中的压降；
步骤4.在上部管束模拟件8入口处，设计流动参数测量关键截面，在关键截面处均匀布置多个测孔，每个测孔均安装有热线风速仪，流体流经测量截面时，利用风速仪记录截面上流体的流速，调节风速仪探头的伸入距离，以此获得整个关键测量截面处的速度场分布；
步骤5.停机，更换入口流道优化结构进行下一组实验；
所述方法还包括步骤6：根据需求，更换上部管束模拟件8内的金属泡沫或小球堆积结构，以模拟中间换热器的不同参数的管束结构。
本领域技术人员应该明白，本发明所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种中间换热器入口流道优化结构的测试装置，所述入口流道优化结构用于高温气冷堆内的中间换热器，其特征在于：所述测试装置包括风机、阀门、流量计、入口流道优化结构、中间换热器，所述中间换热器由入口流道与上部管束模拟件组成，所述入口流道与上部管束模拟件可拆卸连接，所述入口流道优化结构安装于入口流道内，所述风机通过管道与入口流道相连通，所述阀门、流量计依次设置于风机与入口流道之间的管道上，所述上部管束模拟件采用泡沫金属或小球堆积结构来填充，可以模拟中间换热器中管束结构造成的流体阻力损失，并且可以通过改变泡沫金属的疏密或小球的直径与堆积方式，实现对不同管束结构的模拟。
2.一种如权利要求1所述的中间换热器入口流道优化结构的测试装置，其特征在于：入口流道与上部管束模拟件通过法兰连接。
3.一种如权利要求2所述的中间换热器入口流道优化结构的测试装置，其特征在于：所述入口流道优化结构通过固定插销安装于中间换热器入口流道内。
4.一种如权利要求3所述的中间换热器入口流道优化结构的测试装置，其特征在于：所述上部管束模拟件的入口处，设有流动参数测量关键截面，在关键截面处均匀布置多个测孔，每个测孔均安装有热线风速仪。
5.一种如权利要求4所述的中间换热器入口流道优化结构的测试装置，其特征在于：所述热线风速仪探头伸入关键截面的距离可调。
6.一种如权利要求5所述的中间换热器入口流道优化结构的测试装置，其特征在于：所述入口流道与上部管束模拟件之间安装有压差计。
7.一种利用权利要求6所述的中间换热器入口流道优化结构的测试装置进行的测试方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1.在中间换热器的入口流道处，通过固定插销连接，安装入口流道优化结构；
步骤2.打开风机，调至预先设定的功率，并通过阀门进行微调，以阀门之后流量计的示数为准，调节阀门至相应的位置；
步骤3.气体流经入口流道时，在入口流道优化结构的作用下，流动状态被改变，流动特征发生变化，并流入上部管束模拟件，通过压差计量进行测此过程中的压降；
步骤4.在上部管束模拟件入口处，设计流动参数测量关键截面，在关键截面处均匀布置多个测孔，每个测孔均安装有热线风速仪，流体流经测量截面时，利用风速仪记录截面上流体的流速，调节风速仪探头的伸入距离，以此获得整个关键测量截面处的速度场分布；
步骤5.停机，更换入口流道优化模型进行下一组实验。
8.一种根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于：所述方法还包括步骤6：根据需求，更换上部管束模拟件内的金属泡沫或小球堆积结构，以模拟中间换热器的不同参数的管束结构。
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