一种棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置的制作方法

1.本实用新型属于压力测量技术领域，具体是涉及一种棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置。


背景技术：

2.为实现碳中和的环保目标，发展绿色清洁能源势在必行。其中核电作为一种高效无污染的清洁能源，成为各国研究发展的对象，研究人员在核反应堆设计中越来越关注其安全问题。
3.目前，压水堆是我国建设的主要堆型，设计压水堆的过程中，需要考虑冷却剂流量是否能够带走堆芯热量、保证在正常运行工况下燃料棒温度不超过安全限制。在常规压水反应堆堆芯中，燃料组件通常采取17
×
17正方形的排列方式，在轴向高度上，棒束通过定位格架和交混格架进行定位，格架能强化传热性能，增强子通道间的质量、动量和能量交换，使得组件截面温度分布更加均匀，提高临界热流密度值，从而增大核反应堆的安全裕量。然而，格架的复杂结构会增大组件的阻力，影响组件的流量分配，这对核反应堆安全设计有着重要影响，因此格架下游的压力影响是目前的研究重点和热点之一。
4.由于棒束组件中的空间有限，不能在其中直接放入探测器，已有的实验通常只对截面平均的压力进行测量，无法精细的反映出格架效应对不同位置棒壁面压力的影响。因此，本领域人员致力于开发一种测量棒束通道内棒壁面二维压力场的测量装置，直接测量格架下游棒壁面压力，可通过棒束旋转及滑移装置调节测压点轴向位置和周向位置。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本实用新型实施例的目的在于提供一种棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置，以解决上述背景技术中的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置，包括实验回路、棒壁面二维压力场测量装置、棒束滑移及旋转装置和数据采集系统；
8.所述实验回路为闭式回路，包括去离子水箱、预热器和实验本体，去离子水箱中的去离子水由泵驱动，经过预热器被加热到指定温度后进入实验本体，实验本体出口的冷却剂经换热器冷却后重新回到去离子水箱；
9.所述棒壁面二维压力场测量装置包括棒束、进出口段和流道，所述进出口段与筒体通过法兰连接和密封圈密封，所述棒束与进出口段通过螺纹连接固定和o型密封圈密封；
10.所述棒束由5
×
5共25根棒按正方形排列组成，棒束由定位格架进行定位固定，其中22根非测压棒为实心铝合金圆棒，剩余3根测压棒为中空棒，由两根中空不锈钢管和测压段组成，不锈钢管和测压段通过螺纹连接固定，测压段指定位置开有引压孔；
11.所述进出口段由进出口筒体和端部固定板组成，筒体与固定板之间通过法兰和密封圈密封连接，筒体两侧布设有两个呈180
°
分布的管道和法兰，棒束固定板内测开有多个
与非测压棒对应的螺纹孔，通过双头螺纹螺栓固定，同时开有与测压棒对应的通孔，测压棒与棒束固定板之间通过o型密封圈密封；
12.所述流道由流道筒体和两端法兰组成，流道筒体截面为正方形，流道筒体上设置有四个凸台，用于筒体的安装固定；
13.所述棒束旋转及滑移装置与中空不锈钢测压棒连接，对测压棒进行旋转和滑移操作，测压棒的引压管通过pu夹砂管与压力表连接，压力数据由数据采集系统进行采集和分析。
14.作为本实用新型进一步的方案，所述实验回路还包括柱塞泵、过滤器、质量流量计和管道。
15.作为本实用新型进一步的方案，所述实验回路内的不凝性气体通过出口段上的排气阀排出，实验回路水温由预热器进行控制，压力通过调节压力阀的开度来控制，流量通过旁通阀和主回路阀共同调节。
16.作为本实用新型进一步的方案，所述测压棒外径为9.5mm，总长2000mm，两根中空不锈钢管的长度分别为875mm和1100mm，测压段长度为25mm。
17.作为本实用新型进一步的方案，所述非测压棒的长度为1500mm，外径9.5mm。
18.作为本实用新型进一步的方案，所述棒束旋转及滑移装置包括步进电机和夹持装置。
19.作为本实用新型进一步的方案，所述铝合金圆棒两端打有m6螺纹孔用于固定。
20.作为本实用新型进一步的方案，所述流道采用亚克力板材材质。
21.综上所述，本实用新型实施例与现有技术相比具有以下有益效果：
22.本实用新型通过调整实验回路压力、流量和实验段入口温度，能够获得不同流通参数下棒束壁面压力，通过调整测压棒轴向高度和周向角度，获得棒束通道内棒壁面二维压力场数据，从而快速测量棒束通道内棒壁面二维压力场的具体数值，精细的反映出格架效应对不同位置棒壁面压力的影响。
附图说明
23.图1为本实用新型的一种实施例中提供的棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置中实验回路的结构示意图。
24.图2为本实用新型的一种实施例中提供的棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置中棒束截面示意图。
25.图3为本实用新型的一种实施例中提供的棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置中测压棒与非测压棒长度示意图。
26.图4为本实用新型的一种实施例中提供的棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置中棒束固定板的结构示意图。
27.附图标记：1-去离子水箱、2-离心泵、3-过滤器、4-阀门、5-质量流量计、6-预热器、7-热电偶、8-棒束固定板、9-定位格架、10-棒束、11-压力表、12-换热器、13-换热水箱、14-齿轮泵、15-压力阀。
具体实施方式
28.为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本实用新型进行详细说明。
29.请参阅图1-图4，本实用新型的一种实施例中的棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置，包括实验回路、棒壁面二维压力场测量装置、棒束滑移及旋转装置和数据采集系统。
30.所述实验回路为闭式回路，由去离子水箱1、离心泵2、过滤器3、质量流量计5、预热器6、实验本体和相关的阀门及管道组成，在实验开始前需将回路中的不凝性气体排出，去离子水箱1中的去离子水由离心泵2驱动，经过预热器7被加热到指定温度后进入实验本体，实验本体出口的冷却剂经换热器12冷却后重新回到去离子水箱1。
31.所述棒壁面二维压力场测量装置包括棒束10、进出口段和流道，所述流道由流道筒体和两端法兰组成，流道筒体截面为正方形，流道筒体上设置有四个凸台，用于筒体的安装固定，所述流道采用亚克力板材材质，所述进出口段与筒体通过法兰连接和密封圈密封，所述棒束10与进出口段通过螺纹连接固定和o型密封圈密封。
32.所述棒束10由5
×
5共25根棒按正方形排列组成，棒束由定位格架9进行定位固定，其中22根非测压棒为实心铝合金圆棒，剩余3根测压棒为中空棒，由两根中空不锈钢管和测压段组成，不锈钢管和测压段通过螺纹连接固定，测压段指定位置开有引压孔。
33.所述实验棒直径均为9.5mm，实心铝合金圆棒两端打有m6螺纹孔用于固定，其中测压棒外径为9.5mm，总长2000mm，两根中空不锈钢管的长度分别为875mm和1100mm，测压段长度为25mm，非测压棒的长度为1500mm，外径9.5mm。
34.所述进出口段由进出口筒体和端部固定板组成，筒体与固定板之间通过法兰连接和密封圈密封，筒体两侧有两个呈180
°
分布的管道和法兰，端部的棒束固定板8内测开有多个与非测压棒对应的螺纹孔，通过双头螺纹螺栓固定，同时开有与测压棒对应的通孔，测压棒与棒束固定板8之间通过o型密封圈密封。
35.所述棒束旋转及滑移装置与中空不锈钢测压棒连接，对测压棒进行旋转和滑移操作，测压棒的引压管通过pu夹砂管与压力表11连接，压力数据由数据采集系统进行采集和分析，所述棒束旋转及滑移装置包括步进电机和夹持装置。
36.所述实验回路内的不凝性气体通过出口段上的排气阀排出，实验回路水温由预热器6进行控制，压力通过调节压力阀的开度来控制，流量通过旁通阀和主回路阀共同调节。
37.结合图1，通过本法明所提供的实验装置，可以获得棒束通道棒壁面的压力参数，包括如下步骤：
38.步骤s1：将5
×
5棒束组件放入流道中，通过棒束旋转及滑移装置调整测压棒初始位置，使得取压孔高度在格架下游10mm位置处，周向初始位置如图2所示；
39.步骤s2：打开离心泵2，将实验回路中的不凝性气体排出；
40.步骤s3：控制压力阀15开度调整实验回路出口压力；
41.步骤s4：控制阀门开度调整实验流量；
42.步骤s5：启动预热器6并调整加热功率，使得实验本体入口水温为所需温度；
43.步骤s6：等待实验回路状态稳定后，数据采集系统开始采集数据；
44.步骤s7：改变实验回路流速、实验段进口温度，重复步骤s1-s5，获得不同条件下的
棒壁面压力；
45.步骤s8：分别调整测压棒周向高度和周向角度，重复步骤s1-s6，获得棒壁面二维压力场。
46.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置，其特征在于，所述棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置包括：实验回路、棒壁面二维压力场测量装置、棒束滑移及旋转装置和数据采集系统；所述实验回路为闭式回路，包括去离子水箱、预热器和实验本体，去离子水箱中的去离子水由泵驱动，经过预热器被加热到指定温度后进入实验本体，实验本体出口的冷却剂经换热器冷却后重新回到去离子水箱；所述棒壁面二维压力场测量装置包括棒束、进出口段和流道，所述流道由流道筒体和两端法兰组成，所述进出口段与筒体通过法兰连接和密封圈密封，所述棒束与进出口段通过螺纹连接固定和o型密封圈密封；所述棒束由5
×
5共25根棒按正方形排列组成，棒束由定位格架进行定位固定，其中22根非测压棒为实心铝合金圆棒，剩余3根测压棒为中空棒，所述中空棒由两根中空不锈钢管和测压段组成，不锈钢管和测压段通过螺纹连接固定，测压段指定位置开有引压孔；所述进出口段由进出口筒体和端部固定板组成，筒体与固定板之间通过法兰和密封圈密封连接，筒体两侧布设有两个呈180
°
分布的管道和法兰，棒束固定板内测开有多个与非测压棒对应的螺纹孔，通过双头螺纹螺栓固定，同时开有与测压棒对应的通孔，测压棒与棒束固定板之间通过o型密封圈密封；所述棒束旋转及滑移装置与中空不锈钢测压棒连接，对测压棒进行旋转和滑移操作，测压棒的引压管通过pu夹砂管与压力表连接，压力数据由数据采集系统进行采集和分析。2.根据权利要求1所述的一种棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置，其特征在于，所述实验回路还包括柱塞泵、过滤器、质量流量计和管道。3.根据权利要求2所述的一种棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置，其特征在于，所述实验回路内的不凝性气体通过出口段上的排气阀排出，实验回路水温由预热器进行控制，压力通过调节压力阀的开度来控制，流量通过旁通阀和主回路阀共同调节。4.根据权利要求1所述的一种棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置，其特征在于，所述测压棒外径为9.5mm，总长2000mm，两根中空不锈钢管的长度分别为875mm和1100mm，测压段长度为25mm。5.根据权利要求1所述的一种棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置，其特征在于，所述非测压棒的长度为1500mm，外径9.5mm。6.根据权利要求1所述的一种棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置，其特征在于，所述棒束旋转及滑移装置包括步进电机和夹持装置。7.根据权利要求1所述的一种棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置，其特征在于，所述铝合金圆棒两端打有m6螺纹孔用于固定。8.根据权利要求1所述的一种棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置，其特征在于，所述流道采用亚克力板材材质。

技术总结
本实用新型提出一种棒束通道内棒壁面二维压力场测量装置，用于研究棒束通道内格架对下游压力场的影响，该实验回路由去离子水箱、离心泵、过滤器、质量流量计、预热器、实验本体和阀门管道组成，采用5


技术研发人员：倪洪诚
受保护的技术使用者：上海雷奎流体科技有限公司
技术研发日：2022.09.27
技术公布日：2023/7/23