CN209820738U - 一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统,包括不锈钢底座、设置在不锈钢底座上的丝杠和滑轨、安装在丝杠和滑轨上的螺母、与螺母固连的铝型材框架、安装在铝型材框架一端的设备升降台、安装在铝型材框架另一端的稳压器固定底座、设置在稳压器固定底座上的可视化的实验本体、激光支架、安装在激光支架上的激光升降平台、安装在激光升降平台上的激光发射器,丝杠由伺服电机驱动,设备升级台上安装有高速摄像机和广角滤镜。本实用新型解决了传统液面后处理误差较大的难题,修正差压式液位的测量方法,可为横荡现象的研究提供全方面的实验基础,并能为装置的设计、提高数值计算精准度等方面做出极大程度的优化。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种适用于研究产生横荡现象影响的可视化装置,尤其涉及一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统,属于流体力学、容器设计,核安全分析等领域。
背景技术
在海洋条件或者船体自身运动条件下,稳压器内会出现不同程度的晃荡现象。晃荡现象会对稳压器容器壁产生冲击应力,造成容器壁的疲劳、损伤;对于采用差压式测量方法的水位测量信号,晃荡现象引入的冲击应力会导致测量的水位值偏离实际水位,降低水位的测量精度;当稳压器内出现晃荡现象时,自由液面会出现波动,可能造成稳压器喷淋管嘴的淹没、电加热棒的裸露等。晃荡现象影响稳压器的正常运行,水位控制等,甚至会发生由于稳压器水位信号偏离实际水位导致预期外的反应堆停堆,降低反应堆可靠性、安全性和经济性。并且稳压器内液相与汽相处于饱和平衡状态,相变转换剧烈,运用雷达、超声等技术测量液位时会遇到大量散射等问题;稳压器内的液位测量距离短,对精度要求较高。因此,需要一种适用于研究晃荡现象的可视化装置,对晃荡现象内的自由液面及压力等参数变化做系统性研究,用于验证CFD计算的精准性;并根据CFD计算来实现稳压器在各种运动条件下的运动状况,对可能影响稳压器正常运行的工况进行预测,对装置寿期内受到的抨击载荷进行疲劳、损伤等评估,对抑制其晃荡现象的影响做设计上的改进。这要求该可视化装置需要有清晰的自由液面捕捉以及压力测量技术,实现晃荡研究地精细化测量和系统性研究,提高反应堆可靠性和安全性。
发明内容
本实用新型的目的是为了提供一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统,运用先进的可视化技术可对实验本体进行自由液面的实时捕捉及测量横荡引起的抨击载荷,研究工况范围广,结构简单,价格低廉,用于研究晃荡容器的CFD计算,容器疲劳损伤的评估以及抑制晃荡影响的设计。
本实用新型的目的是这样实现的:包括不锈钢底座、设置在不锈钢底座上的丝杠和滑轨、安装在丝杠和滑轨上的螺母、与螺母固连的铝型材框架、安装在铝型材框架一端的设备升降台、安装在铝型材框架另一端的稳压器固定底座、设置在稳压器固定底座上的可视化的实验本体、激光支架、安装在激光支架上的激光升降平台、安装在激光升降平台上的激光发射器,丝杠由伺服电机驱动,设备升级台上安装有高速摄影仪和广角滤镜。
本实用新型还包括这样一些结构特征:
1.设置在稳压器固定底座上的可视化的实验本体是指:在稳压器固定底座上设置有四个稳压器侧面固定角钢、四个稳压器侧面固定角钢之间设置有稳压器底面固定钢圈,可视化的实验本体设置在稳压器底面固定钢圈内。
2.可视化的实验本体由上下有机玻璃粘结而成。
3.可视化的实验本体内加有罗丹明B溶液。
4.可视化的实验本体的底部设置有两个测压孔,侧壁设置有一个测压孔,每个测压孔中设置有压力传感器。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:(1)采用有机玻璃制作实验本体,既提供了近似刚性的实验体,又可提供研究内部液面的高透明度,为高速摄像机的拍摄提供条件。(2)PLIF技术的应用提高了图像后处理的精度并降低了识别噪声。(3)横荡实验台采用铝型材料,具有拆卸方便,利于装置固定等优点,结构简单,灵活度高。(4)可用于研究小型浮动反应堆及核动力舰船受海洋条件影响的实验研究。(5)装置设计简单,容易加工,价格低廉。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图;
图2为本实用新型的实验本体示意图;
图3为本实用新型的横荡激励生成系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
本实用新型提供的是一种研究产生横荡现象影响的可视化实验装置,可实现装置内自由液面的实时捕捉以及由横荡引起的对装置壁面及底部的抨击载荷。先进的可视化技术应用到本装置中,主要是为激光的射入,以及高速摄像机的拍摄提供良好的环境。自由液面的捕捉是通过在液体内倒入适量的罗丹明B荧光剂,当片状激光射入装置内的液体时,荧光剂由基态被激发至激发态,随后释放出光子产生荧光;通过滤光镜,高速摄像机只可识别罗丹明B所激发的荧光。拍摄区域与周围环境较大的色度差,为后期液位识别提供了良好的辨识度,降低普通拍摄所产生的误差。通过将变送器探头插入至与内壁平行,来实验壁面与底部的压力测量。横荡实验台由铝型材搭建而成,其结构特征可使高清摄像机自由地调整与可视化装置的位置,使拍摄条件调制最佳。贴内壁式测压方式,不改变装置内部结构,因此不会对内部的流动造成影响,保证模拟实验的准确性。该装置获得的自由液面捕捉数据,可用于两相流自由液面捕捉算法的改进,提供实验与模拟对比的最根本基础。
本实用新型的实验装置包括可视化实验本体、高速摄像机、罗丹明B剂、激光器、后处理程序五个部分。横荡激励平台采用伺服电机驱动器控制伺服电动机转动输入,通过丝杠机构将电动机的旋转运动转换为往复的平动运动,带动载物平台携带实验容器输出周期往复横荡激励。利用PLIF技术捕捉自由液面的方法是应用激光光源照明,对被测对象所发出的由这种片状光源所激发(诱导)的荧光信号进行探测。通过滤光镜,过滤掉激光发出的532nm的波长,高速摄像机只会拍摄到液体所激发的荧光。由于液体与周围环境的色度差异较大,所以在后处理中不会出现图像识别错误等问题。底面及侧壁面的压力传感器对实验本体内的流场以及自由有液面技术不会产生影响,可以实现压力液位同步测量。
结合图1,本系统包括横荡激励输入系统、光路成像系统和采集系统三个部分。其中横荡激励输入系统中的主要设备包括带有不锈钢底座1、滑轨2、铝型材框架体3、伺服电机4、制动槽5、丝杠6、滑块9;光路成像系统中的主要设备有升降台7、高速摄像机8、广角滤镜10、激光支架14、激光升降平台15、激光发射器16;实验本体部分主要包括稳压器侧面固定角钢11、稳压器底面固定钢圈12、稳压器固定底座13;实验为采用伺服电动机4转动输入,通过丝杠6机构将伺服电机4的旋转运动转换为往复的平动运动,带动载物平台携带实验容器输出周期往复纵荡激励。与此同时,激光发射器16通过激光支架14固定稳固后发射覆盖实验段系统的激光平面。实验本体17内的观测画面经过广角滤镜10之后被高速摄像机8捕获,并将图像数据储存。
结合图2,实验本体17为由固定孔19等将上下有机玻璃体连接而成。本实验本体为稳压器缩比模型,通过向实验本体17中加入罗丹明B溶液来实现运用PLIF技术的液面识别。底部及侧壁打有三个测压孔18用于研究横荡现象对横荡激励下压差液位计接收到的压力信号,测压孔中设置贴片式的压力变送器也即压力传感器。
结合图3,在本实用新型中,采用伺服电机4的方法,来模拟海洋条件下由于风浪作用下造成的横荡激励。在实验时,首先由电脑中的正弦插补生成软件生成的波动信号传送给伺服电机4,然后伺服电机4就会按照所接受的波动信号控制丝杠6进行运动,而伺服电机4的转速和丝杠6的运动距离是成正比的,由此得到实验所需的横荡运动。
综上,本实用新型提供的是一种适用于横档激励下液位及压力测量的可视化装置,实验装置包括横荡实验台、伺服系统、高速摄像机、压力变送器、稳压器缩比模型等。本实用新型的实验装置可以实现水箱内自由液面的实时捕捉,以及测量由振荡引起对容器壁面的抨击载荷。透明的实验本体为液位的测量提供了良好的拍摄条件,并完全地符合PLIF(激光诱导荧光)技术的应用;伺服电机为整个装置提供任意速度形式下的横荡条件,实现横荡状态下的系统性研究;高频压电传感器的运用,可以对容器壁面的任意位置处的抨击载荷进行精准测量,进而容器在横荡条件下的疲劳损伤以及液位测量修正等设计性问题可得到评估。本实用新型解决了传统液面后处理误差较大的难题,修正差压式液位的测量方法,可为横荡现象的研究提供全方面的实验基础,并能为装置的设计、提高数值计算精准度等方面做出极大程度的优化。
Claims (9)
1.一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统,其特征在于:包括不锈钢底座、设置在不锈钢底座上的丝杠和滑轨、安装在丝杠和滑轨上的螺母、与螺母固连的铝型材框架、安装在铝型材框架一端的设备升降台、安装在铝型材框架另一端的稳压器固定底座、设置在稳压器固定底座上的可视化的实验本体、激光支架、安装在激光支架上的激光升降平台、安装在激光升降平台上的激光发射器,丝杠由伺服电机驱动,设备升级台上安装有高速摄像机和广角滤镜。
2.根据权利要求1所述的一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统,其特征在于:设置在稳压器固定底座上的可视化的实验本体是指:在稳压器固定底座上设置有四个稳压器侧面固定角钢、四个稳压器侧面固定角钢之间设置有稳压器底面固定钢圈,可视化的实验本体设置在稳压器底面固定钢圈内。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统,其特征在于:可视化的实验本体由上下有机玻璃粘结而成。
4.根据权利要求1或2所述的一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统,其特征在于:可视化的实验本体内加有罗丹明B溶液。
5.根据权利要求3所述的一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统,其特征在于:可视化的实验本体内加有罗丹明B溶液。
6.根据权利要求1或2所述的一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统,其特征在于:可视化的实验本体的底部设置有两个测压孔,侧壁设置有一个测压孔,每个测压孔中设置有压力变送器。
7.根据权利要求3所述的一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统,其特征在于:可视化的实验本体的底部及侧壁打有三个测压孔,测压孔中设置有压力变送器。
8.根据权利要求4所述的一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统,其特征在于:可视化的实验本体的底部及侧壁打有三个测压孔,测压孔中设置有压力变送器。
9.根据权利要求5所述的一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统,其特征在于:可视化的实验本体的底部及侧壁打有三个测压孔,测压孔中设置有压力变送器。
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CN109974968A (zh) * | 2019-03-18 | 2019-07-05 | 哈尔滨工程大学 | 一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统 |
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WO2023221522A1 (zh) * | 2022-05-19 | 2023-11-23 | 西安热工研究院有限公司 | 一种水平振动下球形燃料运动轨迹及密实化测量实验装置 |
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