CN204332389U - 一种用于燃料组件热工水力实验的模拟元件 - Google Patents

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张君毅
闫晓
徐建军
秦胜杰
袁德文
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Abstract

本实用新型公开了一种用于燃料组件热工水力实验的模拟元件，包括气管接头（1）、FEP透明管（2）及端部封头（6），其中，FEP透明管（2）两端开口，FEP透明管（2）侧壁设有接通外界与其内部的注气孔（5），气管接头（1）和端部封头（6）分别连接于FEP透明管（2）两端，气管接头（1）构成有接通外界与FEP透明管（2）内部的流道，端部封头（6）封闭FEP透明管（2）连接端部封头（6）一端的开口。本实用新型整体结构简单，便于实现，成本低，本实用新型应用时能消除棒束通道图像变形和棒束通道中相界面重影，进而能提高实验数据的准确性和可靠性。

Description

一种用于燃料组件热工水力实验的模拟元件
技术领域
本实用新型涉及核反应堆热工水力实验，具体是一种用于燃料组件热工水力实验的模拟元件。
背景技术
燃料组件是核电站的核心部件之一，在反应堆运行过程中，燃料处于不断消耗和补充供料的动态过程，提高燃料利用率、降低燃料棒的破损率、提高组件经济性和安全可靠性是世界各大核电公司和研究机构改善核电站可靠性、安全性和经济性的有效手段。
在反应堆燃料组件的研发过程中，不断提高燃料组件热工水力性能是很重要的研究方向之一，而模拟反应堆正常运行和事故工况下的燃料组件热工水力实验是验证和评价燃料组件热工水力性能最重要的手段。由于燃料组件特有的棒束通道结构特点，其单相和两相流动过程都较为复杂，准确获得棒束通道中单相和两相的流场参数和流动现象一直是热工水力研究工作的重点。由于棒束结构紧凑、运行参数高等因素，增加了棒束通道中参数测量的难度，限制了对棒束通道中单相和两相流动特性以及局部现象的认识。为了加深对棒束通道内流动过程的机理研究，一般通过常温常压下的可视化实验研究来获取不同的流场参数。其中，可视化实验一般采用透明模拟元件替代核释热燃料元件来保证流场的通透性，并在实验中测量如速度、气泡尺寸和分布、相界面浓度和相分布特性等参数或观察局部流动现象来研究棒束通道的机理过程。现今进行可视化实验时，易出现图像变形和相界面重影的情况，这会影响实验数据的准确性和可靠性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提升了一种用于燃料组件热工水力实验的模拟元件，其应用时能消除棒束通道图像变形和棒束通道中相界面重影，进而能提高实验数据的准确性和可靠性。
本实用新型解决上述问题主要通过以下技术方案实现：一种用于燃料组件热工水力实验的模拟元件，包括气管接头、FEP透明管及端部封头，所述FEP透明管两端开口，FEP透明管侧壁设有接通外界与其内部的注气孔，所述气管接头和端部封头分别连接于FEP透明管两端，气管接头构成有接通外界与FEP透明管内部的流道，端部封头封闭FEP透明管连接端部封头一端的开口。本实用新型应用于常温、常压的水介质设备或装置中，用于开展棒束（或管束）单相或两相热工水力实验研究，本实用新型应用时在常温常压下工作，端部封头引入棒束的定位支撑结构中，气管接头用于连接外部气源，注气孔用于注入气泡。
本实用新型应用时，安装密封环以实现轴向密封，为了便于密封环的安装，进一步的，所述FEP透明管外侧壁内凹构成有与FEP透明管同轴设置的密封槽。如此，在本实用新型应用时，密封环安装在密封槽上。
本实用新型应用时，采用定位卡实现轴向定位，为了便于定位卡的安装，进一步的，所述FEP透明管外侧壁内凹构成有与FEP透明管同轴设置的定位卡槽。如此，在本实用新型应用时，定位卡嵌入定位卡槽内。
进一步的，所述定位卡槽、密封槽及注气孔从FEP透明管连接气管接头的一端至FEP透明管连接端部封头的一端依次设置。
为了使端部封头安装时能平滑过渡，进一步的，所述端部封头相对连接FEP透明管端的另一端构成圆锥台状结构，且端部封头构成圆锥台状结构的一截靠近FEP透明管一端大于远离FEP透明管一端。
为了提升本实用新型的密封性能，进一步的，所述气管接头和端部封头两者连接FEP透明管的一端均嵌入FEP透明管内，且气管接头和端部封头两者与FEP透明管之间设置有粘合剂密封层。
综上所述，本实用新型具有以下有益效果：（1）本实用新型整体结构简单，便于实现，成本低，本实用新型用于开展棒束管道内的单相或两相可视化基础科学实验时，FEP透明管采用全氟乙烯丙烯共聚物加工制造，其折射率与水的折射率基本相同，可匹配透明元件与工质水之间的折射率，能有效解决棒束通道内圆形元件边界处由于光线折射引起图像变形所带来的数据偏差；本实用新型可通过更换具有不同注气孔开孔高度的FEP透明管实现改变流场中气泡注入的高度，并通过旋转周向角度调整注入气泡的角度，获得需要的发泡位置，本实用新型应用时采用壁面注入气泡的过程相比传统插入式注气管的注气方式，能避免注气管对流场的干扰，最大程度降低发泡过程对流场的干扰，同时通过通道中单孔注入气泡能保证棒束通道流场纵深方向无其他气泡，相比传统的多孔注入气泡的方式可达到消除棒束通道中轴向高度相同气泡重叠带来的相界面重影问题。如此，本实用新型应用时可消除棒束通道图像变形、消除棒束通道中的相界面重影，满足棒束通道流场无变形、无相界面重影的基础实验研究要求，进而能提高实验数据的准确性和可靠性。
（2）本实用新型用于进行棒束(或管束)的单相和两相可视化实验研究时，能够获得测量速度场或无重影的局部两相流动过程所需的无变形流场，能保证所获得数据的准确性和可靠性，能够为进一步开展棒束通道内的单相和两相流动以及局部现象的定量研究提供支持。
（3）棒束通道中的流动换热过程具有广泛的实际应用背景，涉及核反应堆燃料组件、蒸汽发生器、换热器及强化传热等领域。本实用新型可应用于实验室构建棒束通道的可视化实验模拟体，用于开展单相和两相的流动、换热特性基础研究，为进一步定量研究并掌握棒束通道的机理和现象奠定基础。因此，本实用新型的应用和推广具有广阔的市场和良好的前景。
附图说明
    图1为本实用新型一个具体实施例的结构示意图。
    附图中附图标记所对应的名称为：1、气管接头，2、FEP透明管，3、定位卡槽，4、密封槽，5、注气孔，6、端部封头。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型做进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1所示，一种用于燃料组件热工水力实验的模拟元件，包括气管接头1、FEP透明管2及端部封头6，其中，FEP透明管2为采用全氟乙烯丙烯共聚物制成的透明管，FEP透明管2两端开口，FEP透明管2侧壁设有接通外界与其内部的注气孔5。本实施例的气管接头1和端部封头6分别连接于FEP透明管2两端，气管接头1构成有接通外界与FEP透明管2内部的流道，端部封头6封闭FEP透明管2连接端部封头6一端的开口。本实施例在具体设置时，注气孔5的开孔直径可根据注气要求进行选择，开孔直径越大，生成气泡的尺寸越大。
本实施例应用时，需安装定位卡和密封环以实现轴向定位和密封，为了便于密封环的安装，本实施例的FEP透明管2外侧壁内凹构成有密封槽4，密封槽4环绕FEP透明管2设置且与FEP透明管2同轴设置。为了便于定位卡的安装固定，本实施例中FEP透明管2外侧壁内凹构成有定位卡槽3，定位卡槽3环绕FEP透明管2设置且与FEP透明管2同轴设置。本实施例在具体设置时，定位卡槽3、密封槽4及注气孔5从FEP透明管2连接气管接头1的一端至FEP透明管2连接端部封头6的一端依次设置，定位卡槽3和密封槽4靠近气管接头1。
本实施例在安装时，首先在密封槽4处安装密封环，再将端部封头6引入棒束的定位支撑结构中，棒束组装完成后将其安装于设备上，对准密封环实现棒束密封，在定位卡槽3处安装定位键对棒束进行轴向定位，并使气管接头1外接气管。本实施例应用时需配备有不同轴向高度注气孔5的FEP透明管2，通过调节气体流量来调整注入气泡的数量和尺寸，根据需要更换FEP透明管2实现注气轴向高度的调整，并根据需要调整本实施例的周向角度实现注气角度的调节。
实施例2：
为了便于本实施例的安装，本实施例在实施例1的基础上做出了如下进一步限定：本实施例中端部封头6相对连接FEP透明管2端的另一端构成圆锥台状结构，其中，端部封头6构成圆锥台状结构的一截靠近FEP透明管2一端大于远离FEP透明管2一端。本实施例通过将端部封头6引入棒束的定位支撑结构中的一端设置成锥台状结构，在端部封头6引入时便于平滑过渡。
实施例3：
为了提升本实施例的密封性能，本实施例在实施例1或实施例2的基础上做出了如下进一步限定：本实施例中气管接头1和端部封头6两者连接FEP透明管2的一端均嵌入FEP透明管2内，气管接头1和端部封头6两者与FEP透明管2之间采用FEP粘合剂进行粘接密封，进而在气管接头1和端部封头6两者与FEP透明管2之间形成粘合剂密封层。
如上所述，可较好的实现本实用新型。

Claims (6)

1.一种用于燃料组件热工水力实验的模拟元件，其特征在于，包括气管接头（1）、FEP透明管（2）及端部封头（6），所述FEP透明管（2）两端开口，FEP透明管（2）侧壁设有接通外界与其内部的注气孔（5），所述气管接头（1）和端部封头（6）分别连接于FEP透明管（2）两端，气管接头（1）构成有接通外界与FEP透明管（2）内部的流道，端部封头（6）封闭FEP透明管（2）连接端部封头（6）一端的开口。
2.根据权利要求1所述的一种用于燃料组件热工水力实验的模拟元件，其特征在于，所述FEP透明管（2）外侧壁内凹构成有与FEP透明管（2）同轴设置的密封槽（4）。
3.根据权利要求2所述的一种用于燃料组件热工水力实验的模拟元件，其特征在于，所述FEP透明管（2）外侧壁内凹构成有与FEP透明管（2）同轴设置的定位卡槽（3）。
4.根据权利要求3所述的一种用于燃料组件热工水力实验的模拟元件，其特征在于，所述定位卡槽（3）、密封槽（4）及注气孔（5）从FEP透明管（2）连接气管接头（1）的一端至FEP透明管（2）连接端部封头（6）的一端依次设置。
5.根据权利要求1所述的一种用于燃料组件热工水力实验的模拟元件，其特征在于，所述端部封头（6）相对连接FEP透明管（2）端的另一端构成圆锥台状结构，且端部封头（6）构成圆锥台状结构的一截靠近FEP透明管（2）一端大于远离FEP透明管（2）一端。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的一种用于燃料组件热工水力实验的模拟元件，其特征在于，所述气管接头（1）和端部封头（6）两者连接FEP透明管（2）的一端均嵌入FEP透明管（2）内，且气管接头（1）和端部封头（6）两者与FEP透明管（2）之间设置有粘合剂密封层。
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