本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆的流量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及可精確測(cè)量堆芯流量的外置式下降腔布置裝置及測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

反應(yīng)堆模擬體是開展堆外模擬實(shí)驗(yàn)的核心設(shè)備，反應(yīng)堆模擬體內(nèi)熱工水力特性對(duì)于反應(yīng)堆安全運(yùn)行有重要意義。通常在計(jì)算反應(yīng)堆模擬體內(nèi)熱工水力特性時(shí)，認(rèn)為流體全部流過堆芯，而實(shí)際上，為了保證反應(yīng)堆固有安全，在反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)中往往存在旁流，旁流流體不經(jīng)堆芯加熱而直接流出反應(yīng)堆。由于旁流的存在，目前反應(yīng)堆模擬體內(nèi)熱工水力特性實(shí)驗(yàn)及相應(yīng)的計(jì)算往往不夠準(zhǔn)確。

鑒于上述因素，有必要設(shè)計(jì)一種可精確測(cè)量堆芯流量的外置式下降腔布置方式，能夠在考慮堆芯旁流的條件下精確測(cè)量流經(jīng)堆芯的流量，更加全面和準(zhǔn)確地獲取堆芯熱工水力特性，進(jìn)一步提高反應(yīng)堆運(yùn)行特性系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供可精確測(cè)量堆芯流量的外置式下降腔布置裝置，解決現(xiàn)有反應(yīng)堆模擬體的堆芯流量無(wú)法精確測(cè)量的問題。

此外，本發(fā)明還涉及上述裝置的測(cè)量方法。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

可精確測(cè)量堆芯流量的外置式下降腔布置裝置，包括堆芯模擬段，所述堆芯模擬段的下端通過下法蘭與下降段管路連通，所述下降段管路上設(shè)置有第一流量計(jì)，所述堆芯模擬段上端通過上法蘭與上封頭連通，所述下降段管路上設(shè)置有進(jìn)口管道，所述上封頭上設(shè)置有出口管道，還包括旁流管路，所述旁流管路一端與下降段管路連通，另一端與上封頭連通，所述旁流管路上設(shè)置有第二流量計(jì)。

如圖1所示，反應(yīng)堆入口流量為W，流過堆芯的流量為W₁，流過旁路的流量為W₂，W＝W₁+W₂?，F(xiàn)有技術(shù)中下降腔為內(nèi)置式，其以環(huán)腔的形式內(nèi)置在堆芯模擬段和下法蘭內(nèi)，其旁流管路也內(nèi)置于上封頭和堆芯模擬段內(nèi)。其內(nèi)置式的設(shè)計(jì)無(wú)法對(duì)流經(jīng)堆芯和旁流管路的流量進(jìn)行測(cè)量。因此通常在實(shí)驗(yàn)和后續(xù)處理分析中假定W＝W₁，且內(nèi)置的旁流管路是否滿足設(shè)計(jì)流量的要求也無(wú)法驗(yàn)證。

本發(fā)明所述堆芯模擬段具體是指模擬實(shí)際反應(yīng)堆堆芯的結(jié)構(gòu)，所述下法蘭具體是指設(shè)置在堆芯模擬段下端的法蘭，所述下降段管路具體是指用于將流體由進(jìn)口管道導(dǎo)入堆芯模擬段的管路，所述上法蘭與上封頭分別是指設(shè)置在堆芯模擬段的上端的法蘭和封頭，所述旁流管路具體是指將流體由進(jìn)口管道導(dǎo)入上封頭的管道。

本發(fā)明通過設(shè)置外置式的與堆芯模擬段配合的下降段管路和旁流管路，完全模擬實(shí)際反應(yīng)堆的流體流程，并在下降段管路和旁流管路上分別設(shè)置第一流量計(jì)、第二流量計(jì)，分別對(duì)流經(jīng)下降段管路和旁流管路的流量W₁和W₂進(jìn)行測(cè)量，如此，本發(fā)明解決了現(xiàn)有反應(yīng)堆模擬體的堆芯流量無(wú)法精確測(cè)量的問題。

此外，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)還在于：當(dāng)回路內(nèi)出現(xiàn)泄漏或堵塞，無(wú)流體流入反應(yīng)堆模擬體時(shí)，反應(yīng)堆模擬體內(nèi)原有流體可通過旁流管路實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)，提高反應(yīng)堆模擬體安全性。當(dāng)形成自然循環(huán)時(shí)，其流程為：去離子水通過下降段管路、進(jìn)口管道流入堆芯模擬體，經(jīng)堆芯模擬體加熱后流入上封頭，再通過旁流管路流入下降段管路，形成完整的循環(huán)。

進(jìn)一步的，為了保證反應(yīng)堆模擬體流體動(dòng)力學(xué)特性與原型一致，下降段管路流通面積應(yīng)保證和原型下降腔流通面積一致。

進(jìn)一步地，為了避免對(duì)堆芯入口流場(chǎng)的干擾，第一流量計(jì)選用非侵入式流量計(jì)，優(yōu)選的類型為超聲波流量計(jì)。

進(jìn)一步地，由于旁流管路中流量通常較小，僅為反應(yīng)堆總流量的5％及以下，同時(shí)，為了不影響后續(xù)孔板尺寸的精確調(diào)節(jié)，第二流量計(jì)也需用非侵入式流量計(jì)，優(yōu)選的類型為超聲波流量計(jì)。

進(jìn)一步地，旁流管路上設(shè)置有孔板，所述孔板的孔徑可調(diào)。

所述孔板的孔徑能夠根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)旁流管路阻力的調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)流經(jīng)旁流管路的流量，因此，設(shè)置有孔板的旁流管道能夠?qū)Σ煌r進(jìn)行模擬，提高模擬體的應(yīng)用范圍

進(jìn)一步地，進(jìn)口管道焊接在下降段管路的上部側(cè)面，所述出口管道焊接在上封頭的側(cè)面。

進(jìn)口管道、出口管道按照上述設(shè)置是為了真實(shí)模擬流體進(jìn)出反應(yīng)堆的過程。

進(jìn)一步地，下法蘭的下端設(shè)置有供電銅排。

所述供電銅排為現(xiàn)有技術(shù)，用于為堆芯模擬段提供電源。

進(jìn)一步地，下降段管路的底端通過彎管與開孔的下法蘭焊接。

上述設(shè)置能夠保證流體從堆芯模擬體底部流入。

進(jìn)一步地，旁流管路的末端采用彎管與開孔的上封頭的頂端焊接。

進(jìn)一步地，旁流管路與下降段管路的連接方式為焊接。

進(jìn)一步地，旁流管路的管徑為下降段管路的管徑的1/4～1/3。

優(yōu)選地，旁流管路的管徑為下降段管路的管徑的1/4。

上述管徑比例的設(shè)置能夠在合理范圍內(nèi)，最大限度增大旁流管路段的阻力，降低匹配孔板孔徑的難度。

一種基于上述外置式下降腔布置裝置測(cè)量流量的測(cè)量方法，包括以下步驟：

1)、調(diào)節(jié)旁流管路的阻力：調(diào)節(jié)旁流管路上孔板孔徑，使基準(zhǔn)工況下旁流管路的壓降Δp_m與設(shè)計(jì)值Δp_s偏差在±5％以內(nèi)；

即在給定運(yùn)行工況下測(cè)量旁流管路的壓降Δp_m，與設(shè)計(jì)壓降Δp相比較，當(dāng)Δp_m與Δp偏差大于±5％，調(diào)節(jié)孔板的孔徑，直至Δp_m與Δp偏差小于±5％；

2)、流量的測(cè)定：通過第一流量計(jì)測(cè)量流經(jīng)堆芯模擬段的流量W₁，通過第二流量計(jì)測(cè)量旁流管路的流量W₂。

具體地，所述壓降的測(cè)量是通過設(shè)置在旁流管路上的壓降測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，所述壓降的測(cè)量為現(xiàn)有技術(shù)。

可利用反應(yīng)堆入口流量為W可對(duì)W₁和W₂測(cè)量準(zhǔn)確度進(jìn)行校核。

進(jìn)一步地，通過孔板調(diào)節(jié)旁流管路阻力的具體步驟：

1)根據(jù)基準(zhǔn)工況確定旁流管路上孔板所需達(dá)到的阻力系數(shù)值K^*，計(jì)算方法如下：

式中，ρ為流體密度，Δp_s為基準(zhǔn)工況下壓降設(shè)計(jì)值，A₁為旁流管道流通面積，W_s為基準(zhǔn)工況下額定流量；

2)將孔板孔徑設(shè)置為與管道內(nèi)徑一致，在基準(zhǔn)工況下測(cè)量旁流管路的壓降Δp_m及旁流管路的流量W₂，則此時(shí)旁流管路阻力系數(shù)K_m為：

3)則K_k＝K^*-K_m為調(diào)節(jié)孔板孔徑后需要增加的阻力系數(shù)，依據(jù)K_k可計(jì)算得到孔板應(yīng)匹配的孔徑，具體計(jì)算方法如下：

其中，D₀為孔板開孔直徑，A₀為孔板流通面積，L₀為孔板厚度，Γ為形狀系數(shù)，λ為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，Re為孔板處雷諾數(shù)，μ為流體動(dòng)力粘度；

4)將孔板開孔尺寸調(diào)節(jié)為D₀，在基準(zhǔn)工況下測(cè)量旁流管路的壓降Δp_m，當(dāng)Δp_m與旁流管路壓降設(shè)計(jì)值Δp_s偏差在±5％以內(nèi)即滿足要求；當(dāng)Δp_m與旁流管路壓降設(shè)計(jì)值Δp_s偏差在±5％以上時(shí)，微調(diào)開孔尺寸D₀，在基準(zhǔn)工況下重復(fù)測(cè)量，直至Δp_m與Δp_s偏差在±5％以內(nèi)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明通過設(shè)置外置式的與堆芯模擬段配合的下降段管路和旁流管路，完全模擬實(shí)際的反應(yīng)堆的流體流程，并在下降段管路和旁流管路上分別設(shè)置第一流量計(jì)、第二流量計(jì)，分別對(duì)流經(jīng)下降段管路和旁流管路的流量進(jìn)行測(cè)量，解決了現(xiàn)有反應(yīng)堆模擬體的堆芯流量無(wú)法精確測(cè)量的問題。

2、當(dāng)回路內(nèi)出現(xiàn)泄漏或堵塞，無(wú)流體流入反應(yīng)堆時(shí)，反應(yīng)堆內(nèi)原有流體可通過旁流管路形成自然循環(huán)，提高反應(yīng)堆模擬體安全性。

3、本發(fā)明通過在旁流管路上設(shè)置孔板，所述孔板能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)旁流管路阻力的調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)流經(jīng)旁流管路的流量，因此，設(shè)置有孔板的模擬體能夠?qū)Σ煌r進(jìn)行模擬，提高模擬體的應(yīng)用范圍。

4、本發(fā)明對(duì)旁流管路阻力進(jìn)行了模擬，不僅保證了反應(yīng)堆總流體動(dòng)力學(xué)特性與原型一致，還保證了旁流管路及堆芯的流體動(dòng)力學(xué)分布特性與原型相似，可以更加準(zhǔn)確地模擬反應(yīng)堆的瞬態(tài)特性。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1是外置式下降腔布置裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的零部件名稱：

1-進(jìn)口管道，2-下降段管路，3-第一流量計(jì)，4-旁流管路，5-孔板，6-第二流量計(jì)，7-上封頭，8-堆芯模擬段，9-下法蘭，10-供電銅排，11-出口管道。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1：

如圖1所示，可精確測(cè)量堆芯流量的外置式下降腔布置裝置，包括堆芯模擬段8，所述堆芯模擬段8的下端通過下法蘭9與下降段管路2連通，所述下降段管路2的底端通過彎管與開孔的下法蘭9焊接，所述下法蘭9的下端設(shè)置有供電銅排10，所述下降段管路2上設(shè)置有第一流量計(jì)3，所述堆芯模擬段8上端通過上法蘭與上封頭7連通，所述下降段管路2的上部側(cè)面焊接有進(jìn)口管道1，所述上封頭7的側(cè)面焊接有出口管道11，還包括旁流管路4，所述旁流管路4一端與下降段管路2連通，優(yōu)選地，流管路4與下降段管路2焊接，另一端與上封頭7連通，所述旁流管路4的末端采用彎管與開孔的上封頭7的頂端焊接，所述旁流管路4上設(shè)置有第二流量計(jì)6。

本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)過程：去離子水由進(jìn)口管道1流入，一路經(jīng)過下降段管路2，下法蘭9后，在堆芯模擬段8被加熱，經(jīng)上封頭7和出口管道11流出，該路去離子水流量由第一流量計(jì)3測(cè)得；另一路經(jīng)過下降段管路2頂部，旁流管路4后，直接通過上封頭7和出口管道11流出，該路旁流流量由第二流量計(jì)6測(cè)得。

實(shí)施例2：

如圖1所示，本實(shí)施例基于實(shí)施例1，所述旁流管路4上設(shè)置有孔板5，所述孔板5的孔徑可調(diào)。

本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)過程：可通過調(diào)節(jié)孔板5的阻力實(shí)現(xiàn)不同工況下旁流流量的模擬。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例基于實(shí)施例1或?qū)嵤├?，所述旁流管路4的管徑為下降段管路2的管徑的1/4。

一種基于實(shí)施例2所述外置式下降腔布置裝置測(cè)量流量的測(cè)量方法，包括以下步驟：

1)、調(diào)節(jié)旁流管路的阻力：調(diào)節(jié)旁流管路4上孔板5孔徑，使基準(zhǔn)工況下旁流管路4的壓降Δp_m與設(shè)計(jì)值Δp_s偏差在±5％以內(nèi)；

2)、流量的測(cè)定：通過第一流量計(jì)3測(cè)量流經(jīng)堆芯模擬段8的流量W₁，通過第二流量計(jì)6測(cè)量旁流管路4的流量W₂。

通過孔板5調(diào)節(jié)旁流管路4阻力的具體步驟：

1)根據(jù)基準(zhǔn)工況確定旁流管路4上孔板5所需達(dá)到的阻力系數(shù)值K^*，計(jì)算方法如下：

式中，ρ為流體密度，Δp_s為基準(zhǔn)工況下壓降設(shè)計(jì)值，A₁為旁流管道流通面積，W_s為基準(zhǔn)工況下額定流量；

2)將孔板5孔徑設(shè)置為與管道內(nèi)徑一致，在基準(zhǔn)工況下測(cè)量旁流管路4的壓降Δp_m及旁流管路4的流量W₂，則此時(shí)旁流管路4阻力系數(shù)K_m為：

3)則K_k＝K^*-K_m為調(diào)節(jié)孔板5孔徑后需要增加的阻力系數(shù)，依據(jù)K_k可計(jì)算得到孔板5應(yīng)匹配的孔徑，具體計(jì)算方法如下：

其中，D₀為孔板開孔直徑，A₀為孔板流通面積，L₀為孔板厚度，Γ為形狀系數(shù)，λ為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，Re為孔板處雷諾數(shù)，μ為流體動(dòng)力粘度；

4)將孔板5開孔尺寸調(diào)節(jié)為D₀，在基準(zhǔn)工況下測(cè)量旁流管路4的壓降Δp_m，當(dāng)Δp_m與旁流管路4壓降設(shè)計(jì)值Δp_s偏差在±5％以內(nèi)即滿足要求；當(dāng)Δp_m與旁流管路4壓降設(shè)計(jì)值Δp_s偏差在±5％以上時(shí)，微調(diào)開孔尺寸D₀，在基準(zhǔn)工況下重復(fù)測(cè)量，直至Δp_m與Δp_s偏差在±5％以內(nèi)。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。