CN114486944A - 一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置。采用本发明提供的装置，通过将长直管段、弯头管段中结构相同的部件进行统一设计，可以在使用过程中灵活组装替换，极大地节约了材料成本；而且模块化装置易于拆卸、组装灵活，方便定期清洗及维护。本发明提供的装置可实现对实际烟囱结构中长直管段、弯头管段、烟气混合室、纵向烟囱主体的模拟，并在此基础上开展核设施烟囱气态流出物取样代表性验证及相关研究。此外，本发明所提供装置中的立方体混合室模块可连接多条进气管道，能够研究两支路对向进风、两支路侧向进风、三支路进风、四支路进风等多种通风工况。
Description
技术领域
本发明属于放射性气态流出物研究技术领域，涉及一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置。
背景技术
核设施的放射性气态流出物主要通过管道或烟囱排放到环境中去。核设施中通常设置了气体取样系统，对气态流出物进行连续取样测量。由于放射性物质在管道或烟囱流场中的分布可能不均匀，因此取得的样品是否具有代表性，将直接影响气态流出物测量的准确性。
核设施烟囱气态流出物研究装置是依据几何相似原则、按照一定比例缩小的烟囱模型，主要应用于核设施烟囱气态流出物取样代表性验证及相关研究，可极大降低现场实验成本。
2004年Texas A&M University的YOUNGJIN SEO在《Degree of mixingdownstream of rectangular bends and design of an inlet for ambient aerosol》中应用了几种典型烟囱管道结构。
以上研究在对实际的烟囱结构进行表征时存在以下问题：
①水平管道无法代表气态流出物在纵向烟囱管道中的迁移混合；
②管道结构与实际烟囱难以做到几何相似，缺少混合室等典型结构；
③装置无法进行模块化拼接，部件利用率不高，使用场景有限。
发明内容
针对现有技术中所存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，以实现对实际烟囱结构中长直管段、弯头管段、烟气混合室、纵向烟囱主体的模拟，并在此基础上开展核设施烟囱气态流出物取样代表性验证及相关研究。
为实现此目的，本发明提供一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，所述装置包括初始管段模块、直管管段模块、弯管管段模块、立方体混合室模块，其中：
所述初始管段模块包括蜂窝器导流结构、烟气注入弯管、直管管段、连接法兰；
所述直管管段模块包括直管管段、烟气取样孔、连接法兰；
所述弯管管段模块包括90°弯头管段、连接法兰；
所述立方体混合室模块包括立方体混合室、连接法兰；
所述初始管段模块与相邻的所述直管管段模块之间、相邻的所述直管管段模块之间、相邻的所述直管管段模块与所述弯管管段模块之间、所述立方体混合室模块与相邻的所述直管管段模块之间均通过所述连接法兰连接固定。
进一步，所述初始管段模块、直管管段模块、弯管管段模块、立方体混合室模块中的所述连接法兰均为统一设计并制造；
所述直管管段模块中的直管管段、所述弯管管段模块中的90°弯头管段均为统一设计并制造，相应的安装配件的规格尺寸均为配套设计。
进一步，所述初始管段模块中，所述直管管段的两端固定连接有所述连接法兰；所述蜂窝器导流结构固定安装在所述直管管段内部，用以对进入所述直管管段的气流进行导直并使气流在所述直管管段的截面上均匀分布；在所述直管管段的侧壁开孔，以固定安装所述烟气注入弯管，用以注入模拟烟气。
进一步，所述直管管段模块中，所述直管管段的两端均固定连接有所述连接法兰；在所述直管管段侧壁上沿轴向加工形成所述烟气取样孔；
所述弯管管段模块中，所述90°弯头管段结构两端均固定连接有所述连接法兰；
所述立方体混合室模块中，所述立方体混合室的顶端及侧方四壁开孔，并均固定连接有所述连接法兰。
进一步，所述连接法兰使用截面为矩形的板材制成，所述连接法兰也用作所述装置的支撑结构。
进一步，将所述初始管段模块通过所述连接法兰与多个所述直管管段模块串联连接，用于构成总长度超20倍管径的长直I型管段。
进一步，将所述初始管段模块通过所述连接法兰与多个所述直管管段模块、一个所述弯管管段模块串联连接，用于构成总长度超20倍管径的单90°弯头L型管段。
进一步，将所述初始管段模块通过所述连接法兰与多个所述直管管段模块、两个呈S型放置的所述弯管管段模块串联连接，用于构成总长度超20倍管径的双90°弯头S型管段。
进一步，将所述初始管段模块通过所述连接法兰与多个所述直管管段模块、两个呈U型放置的所述弯管管段模块串联连接，用于构成总长度超20倍管径的双90°弯头U型管段。
进一步，所述立方体混合室模块上部连接若干纵向放置的所述直管管段模块构成的烟囱模型；
所述立方体混合室模块连接多条进气管道，所述多条进气管道包括所述I型管段、L型管段、S型管段、U型管段，用于研究包括两支路对向进风、两支路侧向进风、三支路进风、四支路进风的多种通风工况。
本发明的有益效果在于，采用本发明提供的模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，通过将长直管段、弯头管段中结构相同的部件进行统一设计并制造，在搭建使用过程中可以灵活组装替换，极大地节约了材料成本；而且模块化设计的装置易于拆卸、组装灵活，方便定期清洗及维护。本发明提供的装置利用直管管段模块及弯管管段模块的多种组合方式，可实现分别对水平长直I型管段结构、单90°弯头L型管段结构、双90°弯头S型管段结构、及双90°弯头U型管段结构进行单独的模拟研究；通过将若干直管管段模块纵向拼接至立方体混合室模块，可表征实际的烟气混合室和烟囱主体的特征，达到与实际烟囱的几何相似；此外，立方体混合室模块可连接多条进气管道，能够研究两支路对向进风、两支路侧向进风、三支路进风、四支路进风等多种通风工况。本发明提供的装置可实现对实际烟囱结构中长直管段、弯头管段、烟气混合室、纵向烟囱主体的模拟，并在此基础上开展核设施烟囱气态流出物取样代表性验证及相关研究。
附图说明
图1为本发明实施方式提供的一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置结构示意图。
图2为本发明实施方式提供的模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置整体连接流程示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
从烟气产生源至排放口，典型的核设施烟囱结构通常由直管段、弯头管段、烟气混合室、烟囱主体等主要部分组成。针对现有相关技术的缺陷或不足，本发明实施方式提出模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，包括直管段、90°弯头管段、混合室、连接法兰以及附属的支撑结构、导流结构、烟气注入结构等。通过对直管段、90°弯头管段、混合室的组合拼接，可实现对实际烟囱结构中长直管段、弯头管段、烟气混合室、纵向烟囱主体的模拟，并在此基础上开展核设施烟囱气态流出物取样代表性验证及相关研究。
如图1、图2所示，本发明实施方式所提供的一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，所述装置包括初始管段模块、直管管段模块、弯管管段模块、立方体混合室模块；其中，所述初始管段模块包括蜂窝器导流结构1、烟气注入弯管2、直管管段5、连接法兰3；所述直管管段模块包括直管管段5、烟气取样孔4、连接法兰3；所述弯管管段模块包括90°弯头管段6、连接法兰3；所述立方体混合室模块包括立方体混合室7、连接法兰3。所述连接法兰3也用作所述装置的支撑结构。
本实施方式中，将长直管段、弯头管段中结构相同的部件，如初始管段模块、直管管段模块、弯管管段模块、立方体混合室模块中使用的连接法兰3，直管管段模块中的直管管段5及弯管管段模块中的90°弯头管段6均为统一设计并制造，相应的安装配件的规格尺寸均为配套设计，可以灵活组装替换，极大地节约了材料成本。
本实施方式中，使用鼓风机产生风场，鼓风机进风口安装高效过滤器，鼓风机出风先经初始管段模块；所述初始管段模块中，直管管段5的两端通过胶粘剂固定连接有连接法兰3；直管管段5内部通过胶粘剂固定安装有蜂窝器导流结构1，用以对进入直管管段5的气流进行导直并使气流在直管管段5截面上均匀分布；直管管段5侧壁开孔以固定安装烟气注入弯管2，用以注入模拟烟气。
直管管段模块中，直管管段5的两端均通过胶粘剂固定连接有连接法兰3，形成具有足够机械强度，且易于拆卸、组装灵活的直管管段模块；在直管管段5侧壁上，沿轴向加工烟气取样孔4，用于不同截面位置的烟气取样。
弯管管段模块中，90°弯头管段6结构两端均通过胶粘剂固定连接有连接法兰3，形成具有足够机械强度，且易于拆卸、组装灵活的90°弯管模块。
立方体混合室模块中，立方体混合室7的顶端及侧方四壁开孔，并均通过胶粘剂固定连接有连接法兰3，用于与直管管段模块中的连接法兰3固定连接，由此构成与核设施实际烟囱几何结构相似的研究装置。
如图1、图2所示，初始管段模块通过连接法兰3与多个直管管段模块串联连接，可构成总长度超20倍管径的长直管段，即I型管段。
初始管段模块通过连接法兰3与多个直管管段模块串联连接，并在其中连接一个弯管管段模块，可构成总长度超20倍管径的单90°弯头管段，即L型管段。
初始管段模块通过连接法兰3与多个直管管段模块串联连接，并在其中连接两个呈S型放置的弯管管段模块，可构成总长度超20倍管径的双90°弯头管段，即S型管段。
初始管段模块通过连接法兰3与多个直管管段模块串联连接，并在其中连接两个呈U型放置的弯管管段模块，可构成总长度超20倍管径的双90°弯头管段，即U型管段。
如图1、图2所示，本实施方式提供的装置在上述4种类型管段(I型、L型、S型、U型)之后，添加立方体混合室模块，以及包括若干纵向放置的直管管段模块的烟囱主体，即构成完整的烟囱模型。立方体混合室模块连接I型管段、L型管段、S型管段、U型管段构成的多条进气管道，能够用于研究两支路对向进风、两支路侧向进风、三支路进风、四支路进风等多种通风工况。
本实施方式中，鼓风机出风首先经初始管段模块中直管管段5内部的蜂窝器导流结构1，以减少旋流产生，并在烟气注入弯管2附近截面形成流速均匀分布的风场。由烟气注入弯管2注入模拟烟气，所述模拟烟气包括实际烟囱中的烟气成分、气体示踪物质、气溶胶示踪物质等，作为气体流出物取样代表性研究的源项。
连接法兰3兼作为支撑结构，使用截面为矩形的板材制成，连接法兰3上打孔；每个直管管段5、90°弯头管段6结构两端均胶接有连接法兰3，形成具有足够机械强度，且易于拆卸、组装灵活的直管管段模块及弯管管段模块。初始管段模块与相邻的直管管段模块之间、相邻的直管管段模块之间、相邻的直管管段模块与弯管管段模块之间的两片连接法兰3使用螺丝连接固定，而且使用螺丝连接固定的两片连接法兰3之间设置橡胶垫圈以加强密封性。
本发明实施方式提供的装置可分别对水平长直I型管段、单90°弯头L型管段、双90°弯头S型管段、双90°弯头U型管段进行单独的研究。4种类型的研究管段连接有相同的初始管段模块，在初始管段模块的烟气注入弯管2注入模拟烟气，在4种类型研究管段侧壁的烟气取样孔4进行样品采集，对烟气在4种类型研究管段中的迁移混合情况进行研究。同时，本发明实施方式提供的装置还能够用于研究两支路对向进风、两支路侧向进风、三支路进风、四支路进风等多种通风工况。
上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其他的特定方式或其他的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，其特征在于，所述装置包括初始管段模块、直管管段模块、弯管管段模块、立方体混合室模块，其中：
所述初始管段模块包括蜂窝器导流结构、烟气注入弯管、直管管段、连接法兰；
所述直管管段模块包括直管管段、烟气取样孔、连接法兰；
所述弯管管段模块包括90°弯头管段、连接法兰；
所述立方体混合室模块包括立方体混合室、连接法兰；
所述初始管段模块与相邻的所述直管管段模块之间、相邻的所述直管管段模块之间、相邻的所述直管管段模块与所述弯管管段模块之间、所述立方体混合室模块与相邻的所述直管管段模块之间均通过所述连接法兰连接固定。
2.根据权利要求1所述的一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，其特征在于，所述初始管段模块、直管管段模块、弯管管段模块、立方体混合室模块中的所述连接法兰均为统一设计并制造；
所述直管管段模块中的直管管段、所述弯管管段模块中的90°弯头管段均为统一设计并制造，相应的安装配件的规格尺寸均为配套设计。
3.根据权利要求1所述的一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，其特征在于，所述初始管段模块中，所述直管管段的两端固定连接有所述连接法兰；所述蜂窝器导流结构固定安装在所述直管管段内部，用以对进入所述直管管段的气流进行导直并使气流在所述直管管段的截面上均匀分布；在所述直管管段的侧壁开孔，以固定安装所述烟气注入弯管，用以注入模拟烟气。
4.根据权利要求1所述的一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，其特征在于，所述直管管段模块中，所述直管管段的两端均固定连接有所述连接法兰；在所述直管管段侧壁上沿轴向加工形成所述烟气取样孔；
所述弯管管段模块中，所述90°弯头管段结构两端均固定连接有所述连接法兰；
所述立方体混合室模块中，所述立方体混合室的顶端及侧方四壁开孔，并均固定连接有所述连接法兰。
5.根据权利要求1所述的一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，其特征在于，所述连接法兰使用截面为矩形的板材制成，所述连接法兰也用作所述装置的支撑结构。
6.根据权利要求1所述的一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，其特征在于，将所述初始管段模块通过所述连接法兰与多个所述直管管段模块串联连接，用于构成总长度超20倍管径的长直I型管段。
7.根据权利要求6所述的一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，其特征在于，将所述初始管段模块通过所述连接法兰与多个所述直管管段模块、一个所述弯管管段模块串联连接，用于构成总长度超20倍管径的单90°弯头L型管段。
8.根据权利要求7所述的一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，其特征在于，将所述初始管段模块通过所述连接法兰与多个所述直管管段模块、两个呈S型放置的所述弯管管段模块串联连接，用于构成总长度超20倍管径的双90°弯头S型管段。
9.根据权利要求8所述的一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，其特征在于，将所述初始管段模块通过所述连接法兰与多个所述直管管段模块、两个呈U型放置的所述弯管管段模块串联连接，用于构成总长度超20倍管径的双90°弯头U型管段。
10.根据权利要求9所述的一种模块化的烟囱气态流出物混合均匀性研究装置，其特征在于，所述立方体混合室模块上部连接若干纵向放置的所述直管管段模块构成的烟囱模型；
所述立方体混合室模块连接多条进气管道，所述多条进气管道包括所述I型管段、L型管段、S型管段、U型管段，用于研究包括两支路对向进风、两支路侧向进风、三支路进风、四支路进风的多种通风工况。
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