本發明涉及核反應堆的流量測量技術領域，具體涉及可精確測量堆芯流量的外置式下降腔布置裝置及測量方法。
背景技術：
反應堆模擬體是開展堆外模擬實驗的核心設備，反應堆模擬體內熱工水力特性對于反應堆安全運行有重要意義。通常在計算反應堆模擬體內熱工水力特性時，認為流體全部流過堆芯，而實際上，為了保證反應堆固有安全，在反應堆的設計中往往存在旁流，旁流流體不經堆芯加熱而直接流出反應堆。由于旁流的存在，目前反應堆模擬體內熱工水力特性實驗及相應的計算往往不夠準確。
鑒于上述因素，有必要設計一種可精確測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量流經堆芯的流量，更加全面和準確地獲取堆芯熱工水力特性，進一步提高反應堆運行特性系統實驗的準確度。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供可精確測量堆芯流量的外置式下降腔布置裝置，解決現有反應堆模擬體的堆芯流量無法精確測量的問題。
此外，本發明還涉及上述裝置的測量方法。
本發明通過下述技術方案實現：
可精確測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置有第一流量計，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置有進口管道，所述上封頭上設置有出口管道，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，所述旁流管路上設置有第二流量計。
如圖1所示，反應堆入口流量為W，流過堆芯的流量為W1，流過旁路的流量為W2，W＝W1+W2。現有技術中下降腔為內置式，其以環腔的形式內置在堆芯模擬段和下法蘭內，其旁流管路也內置于上封頭和堆芯模擬段內。其內置式的設計無法對流經堆芯和旁流管路的流量進行測量。因此通常在實驗和后續處理分析中假定W＝W1，且內置的旁流管路是否滿足設計流量的要求也無法驗證。
本發明所述堆芯模擬段具體是指模擬實際反應堆堆芯的結構，所述下法蘭具體是指設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口管道導入堆芯模擬段的管路，所述上法蘭與上封頭分別是指設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口管道導入上封頭的管道。
本發明通過設置外置式的與堆芯模擬段配合的下降段管路和旁流管路，完全模擬實際反應堆的流體流程，并在下降段管路和旁流管路上分別設置第一流量計、第二流量計，分別對流經下降段管路和旁流管路的流量W1和W2進行測量，如此，本發明解決了現有反應堆模擬體的堆芯流量無法精確測量的問題。
此外，本發明的顯著優點還在于：當回路內出現泄漏或堵塞，無流體流入反應堆模擬體時，反應堆模擬體內原有流體可通過旁流管路實現自然循環，提高反應堆模擬體安全性。當形成自然循環時，其流程為：去離子水通過下降段管路、進口管道流入堆芯模擬體，經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。
進一步的，為了保證反應堆模擬體流體動力學特性與原型一致，下降段管路流通面積應保證和原型下降腔流通面積一致。
進一步地，為了避免對堆芯入口流場的干擾，第一流量計選用非侵入式流量計，優選的類型為超聲波流量計。
進一步地，由于旁流管路中流量通常較小，僅為反應堆總流量的5％及以下，同時，為了不影響后續孔板尺寸的精確調節，第二流量計也需用非侵入式流量計，優選的類型為超聲波流量計。
進一步地，旁流管路上設置有孔板，所述孔板的孔徑可調。
所述孔板的孔徑能夠根據需要進行調節，以實現對旁流管路阻力的調節，進而調節流經旁流管路的流量，因此，設置有孔板的旁流管道能夠對不同工況進行模擬，提高模擬體的應用范圍
進一步地，進口管道焊接在下降段管路的上部側面，所述出口管道焊接在上封頭的側面。
進口管道、出口管道按照上述設置是為了真實模擬流體進出反應堆的過程。
進一步地，下法蘭的下端設置有供電銅排。
所述供電銅排為現有技術，用于為堆芯模擬段提供電源。
進一步地，下降段管路的底端通過彎管與開孔的下法蘭焊接。
上述設置能夠保證流體從堆芯模擬體底部流入。
進一步地，旁流管路的末端采用彎管與開孔的上封頭的頂端焊接。
進一步地，旁流管路與下降段管路的連接方式為焊接。
進一步地，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。
上述管徑比例的設置能夠在合理范圍內，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量流量的測量方法，包括以下步驟：
1)、調節旁流管路的阻力：調節旁流管路上孔板孔徑，使基準工況下旁流管路的壓降Δpm與設計值Δps偏差在±5％以內；
即在給定運行工況下測量旁流管路的壓降Δpm，與設計壓降Δp相比較，當Δpm與Δp偏差大于±5％，調節孔板的孔徑，直至Δpm與Δp偏差小于±5％；
2)、流量的測定：通過第一流量計測量流經堆芯模擬段的流量W1，通過第二流量計測量旁流管路的流量W2。
具體地，所述壓降的測量是通過設置在旁流管路上的壓降測量點進行測量，所述壓降的測量為現有技術。
可利用反應堆入口流量為W可對W1和W2測量準確度進行校核。
進一步地，通過孔板調節旁流管路阻力的具體步驟：
1)根據基準工況確定旁流管路上孔板所需達到的阻力系數值K*，計算方法如下：
式中，ρ為流體密度，Δps為基準工況下壓降設計值，A1為旁流管道流通面積，Ws為基準工況下額定流量；
2)將孔板孔徑設置為與管道內徑一致，在基準工況下測量旁流管路的壓降Δpm及旁流管路的流量W2，則此時旁流管路阻力系數Km為：
3)則Kk＝K*-Km為調節孔板孔徑后需要增加的阻力系數，依據Kk可計算得到孔板應匹配的孔徑，具體計算方法如下：
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，λ為經驗系數，Re為孔板處雷諾數，μ為流體動力粘度；
4)將孔板開孔尺寸調節為D0，在基準工況下測量旁流管路的壓降Δpm，當Δpm與旁流管路壓降設計值Δps偏差在±5％以內即滿足要求；當Δpm與旁流管路壓降設計值Δps偏差在±5％以上時，微調開孔尺寸D0，在基準工況下重復測量，直至Δpm與Δps偏差在±5％以內。
本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：
1、本發明通過設置外置式的與堆芯模擬段配合的下降段管路和旁流管路，完全模擬實際的反應堆的流體流程，并在下降段管路和旁流管路上分別設置第一流量計、第二流量計，分別對流經下降段管路和旁流管路的流量進行測量，解決了現有反應堆模擬體的堆芯流量無法精確測量的問題。
2、當回路內出現泄漏或堵塞，無流體流入反應堆時，反應堆內原有流體可通過旁流管路形成自然循環，提高反應堆模擬體安全性。
3、本發明通過在旁流管路上設置孔板，所述孔板能夠實現對旁流管路阻力的調節，進而調節流經旁流管路的流量，因此，設置有孔板的模擬體能夠對不同工況進行模擬，提高模擬體的應用范圍。
4、本發明對旁流管路阻力進行了模擬，不僅保證了反應堆總流體動力學特性與原型一致，還保證了旁流管路及堆芯的流體動力學分布特性與原型相似，可以更加準確地模擬反應堆的瞬態特性。
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是外置式下降腔布置裝置的結構示意圖。
附圖中標記及對應的零部件名稱：
1-進口管道，2-下降段管路，3-第一流量計，4-旁流管路，5-孔板，6-第二流量計，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1：
如圖1所示，可精確測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的下端設置有供電銅排10，所述下降段管路2上設置有第一流量計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的上部側面焊接有進口管道1，所述上封頭7的側面焊接有出口管道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上設置有第二流量計6。
本實施例的實驗過程：去離子水由進口管道1流入，一路經過下降段管路2，下法蘭9后，在堆芯模擬段8被加熱，經上封頭7和出口管道11流出，該路去離子水流量由第一流量計3測得；另一路經過下降段管路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6測得。
實施例2：
如圖1所示，本實施例基于實施例1，所述旁流管路4上設置有孔板5，所述孔板5的孔徑可調。
本實施例的實驗過程：可通過調節孔板5的阻力實現不同工況下旁流流量的模擬。
實施例3：
本實施例基于實施例1或實施例2，所述旁流管路4的管徑為下降段管路2的管徑的1/4。
一種基于實施例2所述外置式下降腔布置裝置測量流量的測量方法，包括以下步驟：
1)、調節旁流管路的阻力：調節旁流管路4上孔板5孔徑，使基準工況下旁流管路4的壓降Δpm與設計值Δps偏差在±5％以內；
2)、流量的測定：通過第一流量計3測量流經堆芯模擬段8的流量W1，通過第二流量計6測量旁流管路4的流量W2。
通過孔板5調節旁流管路4阻力的具體步驟：
1)根據基準工況確定旁流管路4上孔板5所需達到的阻力系數值K*，計算方法如下：
式中，ρ為流體密度，Δps為基準工況下壓降設計值，A1為旁流管道流通面積，Ws為基準工況下額定流量；
2)將孔板5孔徑設置為與管道內徑一致，在基準工況下測量旁流管路4的壓降Δpm及旁流管路4的流量W2，則此時旁流管路4阻力系數Km為：
3)則Kk＝K*-Km為調節孔板5孔徑后需要增加的阻力系數，依據Kk可計算得到孔板5應匹配的孔徑，具體計算方法如下：
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，λ為經驗系數，Re為孔板處雷諾數，μ為流體動力粘度；
4)將孔板5開孔尺寸調節為D0，在基準工況下測量旁流管路4的壓降Δpm，當Δpm與旁流管路4壓降設計值Δps偏差在±5％以內即滿足要求；當Δpm與旁流管路4壓降設計值Δps偏差在±5％以上時，微調開孔尺寸D0，在基準工況下重復測量，直至Δpm與Δps偏差在±5％以內。
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。