CN107452430A - 一种可伸缩的棒束通道多物理场可视化本体设计 - Google Patents

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苏建科
李兴
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张立鑫
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Abstract

本发明公开了一种可伸缩的棒束通道多物理场可视化本体设计，由可开展纵截面拍摄的可视化本体筒体、可进行俯视拍摄横截面的上封头、具备伸缩性能的下部过渡段、连接实验回路的下封头、可视化的实验棒束、拉紧实验棒束的棒束紧固件及相关配套法兰盘六部分组成。实验本体采用亚克力粘结而成，可开展常压下棒束通道多物理场的可视化实验，模拟反应堆堆芯的流动情况。本发明可分别从上顶面和四个侧面进行拍摄，实现全场实时测量；拍摄内容多样。本发明设计精巧，可视化棒束通过棒束紧固部件拉直固定、棒束紧固部件设计合理，下部过渡段采用伸缩波纹管，保证本体安全可靠。本发明结构简单紧凑，易于加工，方面观测、实验范围广泛。

Description

一种可伸缩的棒束通道多物理场可视化本体设计
技术领域
本发明属于反应堆热工水力学技术领域，具体涉及应用于棒束通道内速度、浓度和温度的多物理场信息测量的一种可伸缩的棒束通道多物理场可视化本体设计。
背景技术
燃料组件是压水堆堆芯的重要部分，其内部流动传热特性是反应堆堆芯热工水力学的重要研究课题。核电站用压水堆通常采用棒状燃料组件，其传热流动特性受定位格架影响较大。由于定位格架的存在，组件内流动搅混效果会增强，燃料间隙内流体产生横向流动和涡流，增强了堆芯的强化换热过程，提高了堆芯的临界热流密度值，对堆芯传热特性有着极为重要影响的，所以对棒束通道内各种物理场特性的研究就尤为重要。由于定位格架结构复杂，数值模拟不能精确得出燃料组件内的各物理场信息，因此开展相关的实验研究就具备了必要性。由于测量技术和方法的限制，反应堆堆芯热工水力问题的早期研究集中在压降测量上，通过压降测量的方法进行格架设计的改进。随着先进测量技术的发展，出现了激光多普勒测速技术，可以获取棒束通道内单点速度信息，但不足以获取流场信息。随着粒子成像测速法的普及，可以获取棒束通道内的流场信息，实现速度场的无干扰测量。Elvis E.Dominguez-Ontiveros(Experimental benchmark data for PWR rod bundlewith spacer-grids)设计实验方案，实现了棒束通道内局部纵截面速度场的测量。在横截面速度场的测量上，Mcclusky Heather L(Mapping of the Lateral Fl ow Field inTypical Subchannels of a Support Grid With Vanes)获取了单通道内的流场信息，但由于实验方案和本体设计上的缺陷未能实现全场的测量。张君毅(一种棒束通道全透明可视化实验装置)设计了一种可应用于高压实验条件下的实验本体设计，但考虑承压问题以后，本体观测上存在不便，并未真正的实现完全透明，且无法观测横截面的流场信息，不能实现温度场的测量。为开展更为广泛的实验研究，设计一种一次性实现多通道、多物理场的可视化实验本体是非常有意义的。
发明内容
本发明的目的在于提供结构简单紧凑，易于加工，方面观测、实验范围广泛的一种可伸缩的棒束通道多物理场可视化本体设计。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：
本发明提供的是一种棒束通道流动传热信息多角度拍摄的本体设计，通过激光诊断技术可实现棒束通道内速度、浓度和温度分布的多方位拍摄，实现横、纵截面的全面拍摄。纵截面的拍摄通过可视化本体筒体实现，可实现各定位格架上下游周向四面的全面拍摄，通过调节激光位置可实现穿棒拍摄、不同纵向流道拍摄。横截面的拍摄通过可视化上封头和棒束紧固件实现，上封头采用全透明有机玻璃制成，棒束紧固件不仅可纵向拉直棒束，还可实现棒束的遮掩，使拍摄内容仅为通道信息，无棒束干扰，且便于后处理，可视化上封头的设计决定了可通过相机焦距调节实现单通道、多通道和全通道的无扰动测量。下部过渡段的设计可缓解温度场测量中因加热棒受热伸长所施加给本体的应力，保证本体安全可靠。
特别地，
可视化本体筒体为有机玻璃制成，四个侧面均可拍摄，全通道任意棒间、任意高度均可拍摄，可全方位研究定位格架对通道内流动传热的影响，在观测效果上与开设观察槽的实验本体有本质区别。
可视化上封头由全透明的有机玻璃组成，可保证流道的全视野拍摄，棒束紧固件可遮掩棒束，使呈现在高速摄像机视野内的仅为流通通道，且为全场流动通道，可实现单通道、多通道、全通道横截面的拍摄，较以往的横截面拍摄只能拍摄单通道或者单棒周围的效果更好。
可视化棒束为氟化乙烯丙烯共聚物材料，该材料在水中具有较好的光学性能，不会产生折射率畸变，不会对拍摄效果产生影响，激光不会产生散射、衍射、折射、反射等现象。
为氟化乙烯丙烯共聚物是软性材料，通过热水浴软化，冷水浴塑型可以消除软管应力，将弯曲的棒束初步拉直，棒束紧固件和法兰盘可将棒束进一步拉直，保证棒束之间相互平行、符合排列标准，不会互相干扰，不影响实验拍摄，使通道内的流动情况真实可靠。
下部过渡段是具备伸缩性能的波纹管，在测温实验中加热棒升温膨胀，本体上下连接部分受力较大，有机玻璃粘黏部分易崩裂，下部过渡段可缓冲本体受力，保证本体安全可靠。
本发明的有益效果在于：
可视化本体筒体可实现真正的全透明，实现任意棒束间、任意高度纵截面的全面拍摄；可视化上封头和棒束紧固件组合使用，可保证棒束不被拍摄，本体通道不被遮掩，横截面信息可实现全面拍摄，通过调节焦距、安装、取下定位格架，可实现整个高度方面上横截面的拍摄；可视化棒束可塑性较强、通过热水浴、冷水浴进行初步的塑性加工，通过棒束紧固件和法兰固定拉直后可实现棒束在通道内能够保持较为理想的状态；棒束紧固件可实现棒束拉直、遮掩、又不影响流动，不影响拍摄，可以无干扰、更准确、全面得获取全场信息；下部过渡段可缓冲加热棒受热伸长时的应力，保证本体粘黏处不崩裂，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的可伸缩的棒束通道多物理场可视化本体结构示意图；
图2为本发明的棒束紧固件示意图；
图3为本发明的可视化上封头的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
结合图1，是本发明的可伸缩的棒束通道多物理场可视化本体结构示意图，实现了棒束通道内纵截面全面拍摄，横截面全通道实时测量拍摄。本体设置上主要包括排气孔1、上封头可视化拍摄面2、可视化上封头3、法兰盘4、棒束紧固件5、可视化棒束6、定位格架7、可视化本体筒体8、蜂窝板9、下部过渡段10、下封头11。实验中工质通过下封头11的入口流入本体，流经蜂窝板9可进行流量重新分配，减轻入口效应。工质流入通道，经过定位格架7的搅混和扰动，流场发生复杂变化，流动形式预测困难，流经本体后由可视化上封头3的出口处流出。通过可视化筒体本体8可拍摄任意侧面任意棒间任一高度的通道流动信息；通过可视化上封头3，高速摄像机可通过上封头可视化拍摄面2拍摄任意横截面内的通道流动信息，通过调节焦距，可实现单一子通道、多通道和全通道的测量。在测温实验中，由于加热棒受热伸长，下部过渡段10可减缓本体受力，保证本体的安全。
结合图2，是本发明的棒束紧固件示意图，由连接杆12、紧固螺栓13组成，连接杆上有螺纹孔14、可视化棒束6上设置螺纹孔15、入水孔16。连接杆上侧面螺纹孔15可与可视化棒束6上的螺纹孔对齐，通过微小螺丝连接，螺丝头嵌入可视化棒束6壁内，不影响流动和拍摄，可视化棒束6上入水孔16为针眼孔，孔径极小，可在实验启动时向可视化棒束6内注水，可视化棒束6内均充满水以后折射率与水相近，拍摄棒间的流动信息不会产生折射率畸变，可实现各棒间隙内的拍摄。紧固螺栓13与连接杆12相连，锁死在法兰4上，使棒束拉直，通过调节螺栓的松紧程度，可调节可视化棒束的直度。
结合图3，是本发明的可视化上封头的俯视图。棒束紧固件5与可视化棒束6连接后锁死在法兰盘4上，可实现通道横截面内无遮掩的全部拍摄。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可伸缩的棒束通道多物理场可视化本体设计，其特征在于，包括排气孔(1)、上封头可视化拍摄面(2)、可视化上封头(3)、法兰盘(4)、棒束紧固件(5)、可视化棒束(6)、定位格架(7)、可视化本体筒体(8)、蜂窝板(9)、下部过渡段(10)和下封头(11)；
装置整体为圆柱体，顶部为排气孔(1)、上封头可视化拍摄面(2)、可视化上封头(3)；中部定位格架(7)将可视化棒束(6)包裹在本体筒体(8)中；底部为蜂窝板(9)、下部过渡段(10)、下封头(11)；顶部和中部，中部和底部均通过法兰盘(4)、棒束紧固件(5)相互连接。
2.根据权利要求1所述的一种可伸缩的棒束通道多物理场可视化本体设计，其特征在于，所述的棒束紧固件(5)由连接杆(12)、紧固螺栓(13)组成，连接杆上有螺纹孔(14)；可视化棒束(6)上设置螺纹孔(15)、入水孔(16)；可视化棒束(6)上入水孔(16)为针眼孔。
3.根据权利要求1，2所述的一种可伸缩的棒束通道多物理场可视化本体设计，其特征在于，所述的连接杆(12)上侧面螺纹孔(15)可与可视化棒束(6)上的螺纹孔对齐，通过微小螺丝连接，螺丝头嵌入可视化棒束(6)壁内；紧固螺栓(13)与连接杆(12)相连，锁死在法兰(4)上；棒束紧固件(5)与可视化棒束(6)连接后锁死在法兰盘(4)上。
4.根据权利要求1,2所述的一种可伸缩的棒束通道多物理场可视化本体设计，其特征在于，可视化本体筒体为有机玻璃制成；可视化上封头由全透明的有机玻璃组成；可视化棒束为氟化乙烯丙烯共聚物材料；为氟化乙烯丙烯共聚物是软性材料。
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