一種運動條件下出口流體溫度可控的氮氣穩壓實驗裝置的制作方法

本發明涉及自然循環回路流動不穩定性的實驗研究領域，具體涉及一種運動條件下出口流體溫度可控的氮氣穩壓實驗裝置。

背景技術：

自然循環作為一種不需要主泵驅動的循環方式，其依靠熱源(加熱段)和冷源(冷卻器)之間形成的高度差和密度差產生的驅動力實現循環。目前，自然循環概念廣泛應用于新型反應堆的研發和設計，例如美國西屋公司AP1000的一次側非能動余熱排出系統、中國華龍一號的二次側非能動余熱排出系統和韓國模塊化小型壓水堆SMART的CMT安注系統等。然而，自然循環系統驅動壓頭低、流速小，當系統受到擾動時，很難維持原有狀態，容易發生流動不穩定性現象，影響反應堆的安全運行。因此，需要深入研究自然循環系統的流動不穩定性現象，在反應堆設計和運行時避免該現象的發生。

對于浮動式核電站以及船用反應堆，廣泛采用的自然循環系統會受到運動條件的影響，進而影響其熱工水力特性，特別是系統的穩定性。當采用簡單自然循環回路研究運動條件下流動不穩定性時，還需要避免由于運動引起的流量波動將穩壓裝置中的不凝結氣體帶入系統回路。

由于自然循環的自反饋特性以及運動條件的影響，系統的加熱實驗段入口流體溫度很難控制，增加了系統流動不穩定性現象研究的難度。加熱實驗段入口流體溫度一般采用預熱器與冷卻器聯調的方式控制，控制難度大。經專利查新，以往的文獻、專利中自然循環回路壓力一般通過采用波動管與回路連接的穩壓器進行控制，該穩壓方式將無法避免引入壓力降型流動不穩定性現象，進而影響系統自身流動不穩定性現象的研究。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種運動條件下出口流體溫度可控的氮氣穩壓實驗裝置，解決現有技術中自循環實驗中加熱實驗段入口流體溫度很難控制、壓力不穩定的問題。

本發明通過下述技術方案實現：

一種運動條件下出口流體溫度可控的氮氣穩壓實驗裝置，包括一個密閉的實驗裝置，在實驗裝置內設置有一個將實驗裝置的內部空腔分割成上下兩個部分的隔板，在隔板上設置有多個通孔，在實驗裝置的頂部設置有氮氣引入管，在實驗裝置的下部空腔側壁上設置有進口接管、出口接管，多個電加熱棒安裝在實驗裝置的下部空腔內。現有技術中，自然循環回路壓力一般通過采用波動管與回路連接的穩壓器進行控制，其包括連接穩壓器和主管道的波動管，波動管與主管道連接段采用旋流混合槽，與穩壓器連接段采用光管，旋流混合槽段和光管段通過焊接連接；旋流混合槽為四槽旋流混合槽且旋流混合槽長3100mm；四槽旋流混合槽槽距為1000mm，混合槽直徑25mm；工作時從主管道來的高速流體沖擊到與波動管連接處在慣性的作用下向波動管內部流動，穩壓器來的高溫流體在波動管向主管道流動，四槽旋流混合槽的將兩股冷熱流體會沿著旋流混合槽的方向呈旋轉運動，增強混合，使得波動管內冷熱流體間的溫度差減小，這樣的穩壓結構實際上難以精確控制，其混合的均勻度不可控，而本申請的發明人在研究現有技術的基礎上，設計出了本發明的技術方案，采用一個密閉容器作為實驗裝置，利用隔板將實驗裝置內分隔形成兩個空腔，通過在隔板上設置多個通孔，使得實驗裝置內的空腔處于連通狀態，其頂部設置一個氮氣引入管，下部的側壁設置進口接管和出口接管，下部空腔內安裝多個電加熱棒，使用時，將氮氣引入管連接至氮氣源，通過氮氣源向實驗裝置內補充氮氣，控制裝置內的壓強，然后隔離氮氣源。同時通過電加熱棒對進行實驗的流體進行加熱，可以精確控制實驗裝置出口流體的溫度，本發明采用在實驗裝置內設置一個具有多個通孔的隔板，其可以將流體的沖擊進行緩沖，實現流體的波動降低，而且，在實驗裝置處于運動狀態時，由于隔板對氣體具有附著作用以及液面覆蓋通孔的密封作用，避免了氣體混入到流體中從而進去循環系統中，相對于波動管連接穩壓器的方式而言，本發明的裝置可以準確的控制引出管口的輸出流體溫度和壓強，可以在較大范圍內對出口流體的參數進行精確控制，解決了運動條件下自然循環回路壓力控制以及加熱實驗段入口流體溫度控制的問題，滿足運動條件下自然循環回路流動不穩定性實驗的需求；而且相對于波動管連接穩壓器的結構而言，本發明的結構更加簡單，易于實現，大大降低了模擬實驗的成本。

所述實驗裝置包括半球形的封頭、圓筒形的筒體、以及底部平板。具體的講，采用半球形的封頭、圓筒形的筒體、以及底部平板焊接而成的實驗裝置整體，其耐壓性能可以滿足熱工實驗的需求，也便于生產制造。

所述的通孔以隔板的圓心為中心，依次向外排布形成多個圓。進一步講，通過將通孔排布在隔板上形成圓的結構，可以有效降低流體的波動性，大大減緩流體的波動，同時提高對氣體的吸附作用以及液面覆蓋通孔的密封作用。

還包括多個流體測溫組件，在所述的進口接管和出口接管內均設置有流體測溫組件，其余的流體測溫組件分成三層設置在實驗裝置內，其中一層位于隔板上方，另外兩層位于隔板下方。通過設置三層流體測溫組件的方式，可以對實驗裝置內的流體進行準確的測量，同時，利用不同層的測量數據來確定電加熱棒的功率，進而達到準確控制出口溫度的目的。

在所述實驗裝置的頂部和底部均設置有引壓組件，壓力變送器通過脈沖管與實驗裝置頂部的引壓組件連接，差壓變送器通過脈沖管與實驗裝置頂部和底部引壓組件連接。通過壓力變送器和差壓變送器，可以準確測量實驗裝置內的壓力情況以及液位情況。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

1、本發明一種運動條件下出口流體溫度可控的氮氣穩壓實驗裝置，采用一個密閉容器作為實驗裝置，利用隔板將實驗裝置內分隔形成兩個空腔，通過在隔板上設置多個通孔，使得實驗裝置內的空腔處于連通狀態，其頂部設置一個氮氣引入管，下部的側壁設置進口接管和出口接管，下部空腔內安裝多個電加熱棒，使用時，通過氮氣源向實驗裝置內補充氮氣，控制裝置內的壓強，然后隔離氮氣源，同時通過電加熱棒對進行實驗的流體進行加熱，可以精確控制出口流體的溫度，本發明采用在實驗裝置內設置一個具有多個通孔的隔板，其可以將流體的沖擊進行緩沖，實現流體的波動降低，而且，在實驗裝置處于運動狀態時，由于隔板對氣體具有附著作用以及液面覆蓋通孔的密封作用，避免了氣體混入到流體中從而進去循環系統中，相對于波動管連接穩壓器的方式而言，本發明的裝置可以準確的控制引出管口的輸出流體溫度和壓強，可以在較大范圍內對出口流體的參數進行精確控制，解決了運動條件下自然循環回路壓力控制以及加熱實驗段入口流體溫度控制的問題，滿足運動條件下自然循環回路流動不穩定性實驗的需求；而且相對于波動管連接穩壓器的結構而言，本發明的結構更加簡單，易于實現，大大降低了模擬實驗的成本；

2、本發明一種運動條件下出口流體溫度可控的氮氣穩壓實驗裝置，具有整體結構簡單，便于實現，成本低，出口流體溫度在較寬范圍可精確控制，能避免將不凝結氣體帶入回路以及避免引入壓力降型不穩定性等優點，解決了運動條件下自然循環回路壓力控制以及加熱實驗段入口流體溫度控制的問題，滿足運動條件下自然循環回路流動不穩定性實驗的需求。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發明結構示意圖。

附圖中標記及對應的零部件名稱：

1-實驗裝置，2-流體測溫組件，3-出口接管，4-電加熱棒，5-進口接管，6-引壓組件，7-壓力變送器，8-差壓變送器，9-隔板，10-氮氣引入管，11-通孔。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發明，并不作為對本發明的限定。

實施例

如圖1所示，本發明一種運動條件下出口流體溫度可控的氮氣穩壓實驗裝置，包括實驗裝置1，實驗裝置1由頂部半球形封頭、中部圓筒筒體、底部圓形平板通過焊接組成，在頂部半球形封頭設置一個氮氣引入接管10，在中部圓筒筒體的下部開兩個孔，180°對稱，焊接流體入口接管5和流體出口接管3，在自然循環回路使用時，流體入口接管5連接冷卻后的流體管線，流體出口接管3與加熱實驗段連接，氮氣引入接管10與氮氣源連通，貫穿實驗裝置1的側壁，分三層布置6個流體測溫組件2，每層180°對稱布置2個，并在流體入口接管5和流體出口接管3內分別安裝一個流體測溫組件2，流體測溫組件2采用N型鎧裝熱電偶，通過紫銅墊進行密封，其中隔板9以下布置兩層，隔板9以上布置一層；在流體入口接管5和流體出口接管3上各布置1個流體測溫組件2，在實驗裝置1底部圓形平板上開孔，安裝多個電加熱棒4，用于加熱穩壓實驗裝置中的流體，控制出口流體溫度，貫穿實驗裝置1安裝測壓組件6，在筒體頂部和底部各安裝1個，采用φ8×1mm的脈沖管連接頂部測壓組件6和壓力變送器7，用于測量氮氣穩壓實驗裝置的壓力，采用φ8×1mm的脈沖管將頂部和底部測壓組件6連接在差壓變送器(8)上，用于測量氮氣穩壓實驗裝置的液位；隔板9從圓心沿徑向往外開三排通孔11，同于連接隔板9上下的流體，通孔11數量從內往外分別為1、4、8，將隔板9焊接在氮氣穩壓實驗裝置筒體1的中部圓筒筒體上，隔板9的主要作用是避免運動條件下氮氣穩壓實驗裝置上部的氮氣不凝結氣體進入實驗回路，影響回路的運行特性。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。