CN203406050U - 燃料组件水力学模拟体 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种燃料组件水力学模拟体，包括用于模拟燃料组件原型中堆芯流动通道的管道，还包括同轴地套设在所述管道中的中心杆，所述管道的横截面的外部轮廓为矩形，所述管道的内部空间则为圆柱形；所述中心杆上设置有用于模拟燃料组件原型中格架的阻流盘，所述阻流盘与燃料组件原型中格架的位置相对应，所述管道的四个周壁上均开设有多个用于模拟燃料组件原型中横流的通孔。结构简单，实用性强。

Description

燃料组件水力学模拟体

技术领域

本实用新型涉及核电领域，尤其涉及一种燃料组件水力学模拟体。

背景技术

E.U.Khan对反应堆堆芯及堆内部件的水力学模化方法进行了研究，在堆芯关键部件——燃料组件的模化方面，Khan在棒束试验的基础上提出了一个定量描述轴向流动惯量对横流阻力系数影响的经验公式及棒束试验的半经验公式。

秦山一期核电堆型设计过程中也开展了反应堆模型水力试验（试验模型本体按1：5的比例设计）。秦山一期300MW反应堆水力模型中，模拟堆芯燃料组件出口结构和原型相似，用外方内圆的管子代替原型方形排列的棒束，流道内装一系列孔板模拟轴向阻力，没有模拟堆芯内的横向流动（简称横流）。在试验结果的处理上，将总阻力系数降低3％，以此来考虑横流对轴向压降的影响。以上模拟方法分别处理了轴向压降和横向流动，却没有考虑轴向压降和横流之间强烈的相互影响关系。

Yankee反应堆水力模型中，在燃料组件模拟件盒壁8个标高上开两个1/8英寸孔，模拟原型的侧向流通面积与轴向流通面积之比。采用集总阻力方法提出了燃料组件模拟件和原型横流相似的准则。但是，Yankee电站使用的水力模型中，即使用相同的1/8英寸孔模拟横流与轴向流动面积比，也不能严格模拟横流对堆芯压降、流量分配的影响。

Scan-Onofre反应堆水力模型（模型和原型尺寸比例为1：7）中，采用中空方形盒，用装在流道中的金属网和孔板模拟轴向流动阻力，组件入口安装了测量组件流量的孔板。按照燃料组件模拟件和原型在各自轴向流速下横流压降相等的原则确定了盒壁上横流开孔面积。中国核动力设计研究院利用相似理论对秦山二期600MW反应堆进行了比例为1：4的模化，燃料组件模拟件按开式栅格模拟原理设计为2×2棒束组件，其轴向和横向流动特性分别与原型相同，每个组件的入口段装有测量流量用的特制涡轮流量计和测量浓度用的微型电导电极。

San-onofre电站和秦山二期使用的模拟体根据横流压降（压降系数）相等的原则进行了横流部分的结构设计，为保证轴向流动阻力与原型相等，San-onofre电站水力模型中使用金属网和孔板，秦山二期使用4根带突起棒的开式栅格形式，但二者结构较复杂，不能灵活调整模型的轴向和横向阻力系数，实用性相对较差。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，针对现有技术中燃料组件水力学模拟体结构复杂、测量可靠性较低等缺陷，提供一种可准确模拟燃料组件原型水力学特性且结构简单、实用性强的燃料组件水力学模拟体。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种燃料组件水力学模拟体，所述燃料组件水力学模拟体包括用于模拟燃料组件原型中堆芯流动通道的管道，还包括同轴地套设在所述管道中的中心杆，所述管道的横截面的外部轮廓为矩形，所述管道的内部空间则为圆柱形；所述中心杆上设置有用于模拟燃料组件原型中格架的阻流盘，所述阻流盘与燃料组件原型中格架的位置相对应，所述管道的四个周壁上均开设有多个用于模拟燃料组件原型中横流的通孔。

其中，所述管道的流体入口段设置有流体测量装置。

其中，所述流体测量装置包括涡轮流量计。

其中，在流体轴向流入方向上，所述涡轮流量计的上游还设置有流体整直器。

其中，所述流体测量装置包括电导率探针。

其中，所述电导率探针包含双对电极。

其中，所述管道的流体出口段设置有阻力调节片。

其中，所述燃料组件水力学模拟体还包括固定在所述管道内的出口组件，所述中心杆固定在所述出口组件上。

其中，所述燃料组件水力学模拟体还包括间隔设置在管道内部的内支架，所述内支架与所述中心杆通过螺钉固定连接。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：通过在中心杆上设置阻流盘，可模拟燃料组件原型中的格架，并且可通过更换不同大小的阻流盘来调节模拟体的轴向阻力分布，使之与原型的分段轴向压降系数对应；通过在外方内圆的管道上开设多个通孔，可以模拟原型中的横流，且可通过改变通孔的大小和轴向阻流盘大小，来调节横流阻力系数；通过阻流盘和通孔的设置，可以充分考虑轴向压降和横流之间的相互影响，能够模拟横流对堆芯压降、流量分配的影响；外方内圆的通道和中心杆构成的流动通道，可满足面积相似要求，可增强入口部分的水力学流动协调一致性通过中心杆，可为阻流盘定位，便于仪表引线，并对仪表线起到保护作用，可提高仪表可靠性，同时可避免仪表线对流场的干扰；本模拟体结构简单，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型第一实施例提供的燃料组件水力学模拟体的示意图；

图2是本实用新型第二实施例提供的燃料组件水力学模拟体的示意图；

图3是本实用新型第三实施例提供的燃料组件水力学模拟体的示意图；

图4A是本实用新型第四实施例提供的燃料组件水力学模拟体的剖视图；

图4B是图4A所示燃料组件水力学模拟体的侧视图；

图4C是图4A所示燃料组件水力学模拟体的A向侧视图；

图4D是图4A所示燃料组件水力学模拟体的C-C剖视图；

图4E是图4A所示燃料组件水力学模拟体的D-D剖视图；

图4F是图4A所示燃料组件水力学模拟体的B向侧视图；

图5A是本实用新型第五实施例提供的燃料组件水力学模拟体的示意图；

图5B是图5A所示燃料组件水力学模拟体的侧视图；

图5C是图5A所示燃料组件水力学模拟体的A向侧视图；

图5D是图5A所示燃料组件水力学模拟体的C-C剖视图；

图5E是图5A所示燃料组件水力学模拟体的D-D剖视图；

图5F是图5A所示燃料组件水力学模拟体的B向侧视图；

图6是本实用新型提供的电导率探针的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参见图1，是本实用新型第一实施例提供的燃料组件水力学模拟体的示意图。燃料组件水力学模拟体包括管道1，管道1用于模拟燃料组件原型中的堆芯流动通道。由于堆芯流动通道对称边界为方形，根据几何相似原理，将管道1设置成外方内圆的形状，即管道1的横截面的外部轮廓为矩形，管道1的内部空间则为圆柱形。管道1的四个周壁上均开设有多个通孔4，这些通孔4用于模拟燃料组件原型中的横流。

管道1内沿其轴向套设有中心杆2，中心杆2可以通过各种连接机构与管道1的内壁固定连接。例如，如图4A和5A所示，燃料组件水力模拟体还包括固定在管道1内的出口组件11，中心杆2固定在出口组件11上，这样，中心杆2就可以通过出口组件11与管道1固定连接。具体地，在图4A和图5A所示的实施例中，出口组件11大致为中空的圆柱体，中心杆2插入该圆柱体的中空部分，且中心杆2与出口组件11通过螺钉9连接，出口组件11与管道1通过螺钉9连接。当然，在本申请的其它实施例中，还可以使用其他连接形式，例如常见的连接杆、夹持装置等。例如，如图1-5所示，管道1内间隔设置有内支架10，类似于连接杆，将中心杆2固定在管道1内，在一个具体实例中，内支架10与中心杆2通过螺钉9连接。

中心杆2上设置有阻流盘3，阻流盘3用于模拟燃料组件原型中的格架，因此阻流盘3与燃料组件原型中的格架的位置相对应。在本实施例中，阻流盘3与中心杆2通过螺钉9连接。

通常，可以将燃料组件水力学模拟体划分为三部分，分别为入口段、中间段和出口段，这三个部分分别对应燃料组件原型的下管座、棒束段和上管座。对应地，管道1也可以被划分为三部分，分别为流体入口段、流体流通段和流体出口段。入口段和堆芯下板相接一端的侧壁开口与燃料组件原型几何相似，以保证堆芯入口流道的几何相似。出口段与堆芯上板相接的尾部四个侧壁上均具有开口，同样开口尺寸与燃料组件原型几何相似。

本实用新型提供的燃料组件模拟体，通过在中心杆2上设置阻流盘3，可模拟燃料组件原型中的格架，并且可通过更换不同大小的阻流盘3来调节模拟体的轴向阻力分布，使之与原型的轴向压降系数对应；通过在管道1上开设多个通孔4，可以模拟原型中的横流，且可通过改变通孔4的大小和轴向阻流盘大小，来调节横流阻力系数；中心杆2可为阻流盘3定位，并便于仪表引线，对仪表线起到保护作用，提高仪表可靠性，同时避免仪表线对流场的干扰；管道1和中心杆2构成了流动通道，满足面积相似要求，同时也增强了入口部分的水力学流动协调一致性。

优选地，还可以在管道1的流体入口段设置流体测量装置，例如涡轮流量计或电导率探针，用以满足流体流量测量、流体浓度测量等需求。

如图2所示，该流体测量装置可以是涡轮流量计5。通过在管道1内的流体入口段安装涡轮流量计5，可以测量进入模拟体的流量。流体进入管道1后，沿流动方向流体截面速度分布会发生变化，但当流体流到某一截面处后，流体在管内截面上的速度分布随流动距离的增加不再发生变化，这时认为流动进入充分发展，通常将从流体入口到该截面之间的一段称为流动起始段。在安装涡轮流量计5以便对流体进行计量时，需要在涡轮流量计5的上游留一定的长度，以便流体在流至涡轮流量计5之前，流动能进入充分发展，预留的这一段长度一般大于流动起始段，称为入口稳定段。简言之，入口稳定段就是为了让流体的流动稳定、使流量测量更准确的一段管道。优选地，若没有预留入口稳定段，另外，还可以在流体轴向流入方向上，涡轮流量计5的上游设置流体整直器6。流体整直器6参考标准2624.2-2006

整直器设计。这样可以在较短的距离内（相对于入口稳定段而言）有效消除旋流对涡轮流量计5的影响，使得涡轮流量计5仍能准确测量进入模拟体的流量。

如图3所示，该流体测量装置还可以是电导率探针7，其与中心杆2通过螺钉9连接。优选地，如图6所示，电导率探针7包含双对电极701和702，电极701和702都可以是铂片电极。采用双对电极的电导率探针，可以提高电导率测量的可靠性。具体地，如图5A-5F所示，中心杆1插入电导率探针7中，并通过螺钉9与电导率探针7固定，在与中心杆1相对的一侧，电导率探针7插入中心短杆12。中心短杆12与中心杆2基本相同，也通过内支架10固定于管道1内。在管道1的流体入口段还设置有底部支架13和弹性卡圈14，底部支架13可为中心短杆12提供轴向支撑，而弹性卡圈14则为底部支架13的轴向固定件。

如图2和3所示，管道1的流体出口段设置有阻力调节片8。通阻力调节片8可以使模拟体的总阻力系数具有可调节性，从而适应燃料组件原型的阻力系数的变化。通过改变阻力调节片8的尺寸，可以总体调整模拟体轴向阻力系数与原型相等。

优选地，如图4A-4B、5A-5B所示，管道1的壁上开设有多个尺寸不同的通孔4，通孔4的尺寸可以根据原型的横流阻力系数进行调整，这样可以更加准确地模拟横流阻力系数。

优选地，如图4A-4C、5A-5C所示，阻流盘3与中心杆2通过螺钉9固定连接，阻力调节片8和出口段11通过螺钉9固定连接，这样可以使加工制造简便，拆装更换更加方便。

优选地，在图4A-4F、5A-5F所示的燃料组件水力学模拟体中，管道1实际上被分为两部分，这两部分之间通过螺钉9固定连接，流体测量装置（涡轮流量计或电导率探针）则安装在靠上游的这部分管道内。

如图4、图5所示的根据水力学相似模拟准则设计的燃料组件水力学模拟体，保证了模拟体与燃料组件原型几何相似、轴向阻力系数相等、横向等效阻力系数相等，以1:5的简化结构模拟燃料组件原型，可以用于整体水力学模拟实验反应堆模型中的堆芯模拟，可获得新堆型的设计和安全分析所需的必要数据，如：堆芯入口燃料组件间流量分配特性、反应堆整体及各部分的压降特性、下腔室交混特性等。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种燃料组件水力学模拟体，其特征在于，所述燃料组件水力学模拟体包括用于模拟燃料组件原型中堆芯流动通道的管道，还包括同轴地套设在所述管道中的中心杆，所述管道的横截面的外部轮廓为矩形，所述管道的内部空间则为圆柱形；所述中心杆上设置有用于模拟燃料组件原型中格架的阻流盘，所述阻流盘与燃料组件原型中格架的位置相对应，所述管道的四个周壁上均开设有多个用于模拟燃料组件原型中横流的通孔。

2.如权利要求1所述的燃料组件水力学模拟体，其特征在于，所述管道的流体入口段设置有流体测量装置。

3.如权利要求2所述的燃料组件水力学模拟体，其特征在于，所述流体测量装置包括涡轮流量计。

4.如权利要求3所述的燃料组件水力学模拟体，其特征在于，在流体轴向流入方向上，所述涡轮流量计的上游还设置有流体整直器。

5.如权利要求2所述的燃料组件水力学模拟体，其特征在于，所述流体测量装置包括电导率探针。

6.如权利要求5所述的燃料组件水力学模拟体，其特征在于，所述电导率探针包含双对电极。

7.如权利要求1-6中任一项所述的燃料组件水力学模拟体，其特征在于，所述管道的流体出口段设置有阻力调节片。

8.如权利要求7所述的燃料组件水力学模拟体，其特征在于，所述燃料组件水力学模拟体还包括固定在所述管道内的出口组件，所述中心杆固定在所述出口组件上。

9.如权利要求8所述的燃料组件水力学模拟体，其特征在于，所述燃料组件水力学模拟体还包括间隔设置在管道内部的内支架，所述内支架与所述中心杆通过螺钉固定连接。

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