一种运动条件下出口流体温度可控的氮气稳压实验装置的制作方法

本发明涉及自然循环回路流动不稳定性的实验研究领域，具体涉及一种运动条件下出口流体温度可控的氮气稳压实验装置。

背景技术：

自然循环作为一种不需要主泵驱动的循环方式，其依靠热源(加热段)和冷源(冷却器)之间形成的高度差和密度差产生的驱动力实现循环。目前，自然循环概念广泛应用于新型反应堆的研发和设计，例如美国西屋公司AP1000的一次侧非能动余热排出系统、中国华龙一号的二次侧非能动余热排出系统和韩国模块化小型压水堆SMART的CMT安注系统等。然而，自然循环系统驱动压头低、流速小，当系统受到扰动时，很难维持原有状态，容易发生流动不稳定性现象，影响反应堆的安全运行。因此，需要深入研究自然循环系统的流动不稳定性现象，在反应堆设计和运行时避免该现象的发生。

对于浮动式核电站以及船用反应堆，广泛采用的自然循环系统会受到运动条件的影响，进而影响其热工水力特性，特别是系统的稳定性。当采用简单自然循环回路研究运动条件下流动不稳定性时，还需要避免由于运动引起的流量波动将稳压装置中的不凝结气体带入系统回路。

由于自然循环的自反馈特性以及运动条件的影响，系统的加热实验段入口流体温度很难控制，增加了系统流动不稳定性现象研究的难度。加热实验段入口流体温度一般采用预热器与冷却器联调的方式控制，控制难度大。经专利查新，以往的文献、专利中自然循环回路压力一般通过采用波动管与回路连接的稳压器进行控制，该稳压方式将无法避免引入压力降型流动不稳定性现象，进而影响系统自身流动不稳定性现象的研究。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种运动条件下出口流体温度可控的氮气稳压实验装置，解决现有技术中自循环实验中加热实验段入口流体温度很难控制、压力不稳定的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种运动条件下出口流体温度可控的氮气稳压实验装置，包括一个密闭的实验装置，在实验装置内设置有一个将实验装置的内部空腔分割成上下两个部分的隔板，在隔板上设置有多个通孔，在实验装置的顶部设置有氮气引入管，在实验装置的下部空腔侧壁上设置有进口接管、出口接管，多个电加热棒安装在实验装置的下部空腔内。现有技术中，自然循环回路压力一般通过采用波动管与回路连接的稳压器进行控制，其包括连接稳压器和主管道的波动管，波动管与主管道连接段采用旋流混合槽，与稳压器连接段采用光管，旋流混合槽段和光管段通过焊接连接；旋流混合槽为四槽旋流混合槽且旋流混合槽长3100mm；四槽旋流混合槽槽距为1000mm，混合槽直径25mm；工作时从主管道来的高速流体冲击到与波动管连接处在惯性的作用下向波动管内部流动，稳压器来的高温流体在波动管向主管道流动，四槽旋流混合槽的将两股冷热流体会沿着旋流混合槽的方向呈旋转运动，增强混合，使得波动管内冷热流体间的温度差减小，这样的稳压结构实际上难以精确控制，其混合的均匀度不可控，而本申请的发明人在研究现有技术的基础上，设计出了本发明的技术方案，采用一个密闭容器作为实验装置，利用隔板将实验装置内分隔形成两个空腔，通过在隔板上设置多个通孔，使得实验装置内的空腔处于连通状态，其顶部设置一个氮气引入管，下部的侧壁设置进口接管和出口接管，下部空腔内安装多个电加热棒，使用时，将氮气引入管连接至氮气源，通过氮气源向实验装置内补充氮气，控制装置内的压强，然后隔离氮气源。同时通过电加热棒对进行实验的流体进行加热，可以精确控制实验装置出口流体的温度，本发明采用在实验装置内设置一个具有多个通孔的隔板，其可以将流体的冲击进行缓冲，实现流体的波动降低，而且，在实验装置处于运动状态时，由于隔板对气体具有附着作用以及液面覆盖通孔的密封作用，避免了气体混入到流体中从而进去循环系统中，相对于波动管连接稳压器的方式而言，本发明的装置可以准确的控制引出管口的输出流体温度和压强，可以在较大范围内对出口流体的参数进行精确控制，解决了运动条件下自然循环回路压力控制以及加热实验段入口流体温度控制的问题，满足运动条件下自然循环回路流动不稳定性实验的需求；而且相对于波动管连接稳压器的结构而言，本发明的结构更加简单，易于实现，大大降低了模拟实验的成本。

所述实验装置包括半球形的封头、圆筒形的筒体、以及底部平板。具体的讲，采用半球形的封头、圆筒形的筒体、以及底部平板焊接而成的实验装置整体，其耐压性能可以满足热工实验的需求，也便于生产制造。

所述的通孔以隔板的圆心为中心，依次向外排布形成多个圆。进一步讲，通过将通孔排布在隔板上形成圆的结构，可以有效降低流体的波动性，大大减缓流体的波动，同时提高对气体的吸附作用以及液面覆盖通孔的密封作用。

还包括多个流体测温组件，在所述的进口接管和出口接管内均设置有流体测温组件，其余的流体测温组件分成三层设置在实验装置内，其中一层位于隔板上方，另外两层位于隔板下方。通过设置三层流体测温组件的方式，可以对实验装置内的流体进行准确的测量，同时，利用不同层的测量数据来确定电加热棒的功率，进而达到准确控制出口温度的目的。

在所述实验装置的顶部和底部均设置有引压组件，压力变送器通过脉冲管与实验装置顶部的引压组件连接，差压变送器通过脉冲管与实验装置顶部和底部引压组件连接。通过压力变送器和差压变送器，可以准确测量实验装置内的压力情况以及液位情况。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种运动条件下出口流体温度可控的氮气稳压实验装置，采用一个密闭容器作为实验装置，利用隔板将实验装置内分隔形成两个空腔，通过在隔板上设置多个通孔，使得实验装置内的空腔处于连通状态，其顶部设置一个氮气引入管，下部的侧壁设置进口接管和出口接管，下部空腔内安装多个电加热棒，使用时，通过氮气源向实验装置内补充氮气，控制装置内的压强，然后隔离氮气源，同时通过电加热棒对进行实验的流体进行加热，可以精确控制出口流体的温度，本发明采用在实验装置内设置一个具有多个通孔的隔板，其可以将流体的冲击进行缓冲，实现流体的波动降低，而且，在实验装置处于运动状态时，由于隔板对气体具有附着作用以及液面覆盖通孔的密封作用，避免了气体混入到流体中从而进去循环系统中，相对于波动管连接稳压器的方式而言，本发明的装置可以准确的控制引出管口的输出流体温度和压强，可以在较大范围内对出口流体的参数进行精确控制，解决了运动条件下自然循环回路压力控制以及加热实验段入口流体温度控制的问题，满足运动条件下自然循环回路流动不稳定性实验的需求；而且相对于波动管连接稳压器的结构而言，本发明的结构更加简单，易于实现，大大降低了模拟实验的成本；

2、本发明一种运动条件下出口流体温度可控的氮气稳压实验装置，具有整体结构简单，便于实现，成本低，出口流体温度在较宽范围可精确控制，能避免将不凝结气体带入回路以及避免引入压力降型不稳定性等优点，解决了运动条件下自然循环回路压力控制以及加热实验段入口流体温度控制的问题，满足运动条件下自然循环回路流动不稳定性实验的需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-实验装置，2-流体测温组件，3-出口接管，4-电加热棒，5-进口接管，6-引压组件，7-压力变送器，8-差压变送器，9-隔板，10-氮气引入管，11-通孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示，本发明一种运动条件下出口流体温度可控的氮气稳压实验装置，包括实验装置1，实验装置1由顶部半球形封头、中部圆筒筒体、底部圆形平板通过焊接组成，在顶部半球形封头设置一个氮气引入接管10，在中部圆筒筒体的下部开两个孔，180°对称，焊接流体入口接管5和流体出口接管3，在自然循环回路使用时，流体入口接管5连接冷却后的流体管线，流体出口接管3与加热实验段连接，氮气引入接管10与氮气源连通，贯穿实验装置1的侧壁，分三层布置6个流体测温组件2，每层180°对称布置2个，并在流体入口接管5和流体出口接管3内分别安装一个流体测温组件2，流体测温组件2采用N型铠装热电偶，通过紫铜垫进行密封，其中隔板9以下布置两层，隔板9以上布置一层；在流体入口接管5和流体出口接管3上各布置1个流体测温组件2，在实验装置1底部圆形平板上开孔，安装多个电加热棒4，用于加热稳压实验装置中的流体，控制出口流体温度，贯穿实验装置1安装测压组件6，在筒体顶部和底部各安装1个，采用φ8×1mm的脉冲管连接顶部测压组件6和压力变送器7，用于测量氮气稳压实验装置的压力，采用φ8×1mm的脉冲管将顶部和底部测压组件6连接在差压变送器(8)上，用于测量氮气稳压实验装置的液位；隔板9从圆心沿径向往外开三排通孔11，同于连接隔板9上下的流体，通孔11数量从内往外分别为1、4、8，将隔板9焊接在氮气稳压实验装置筒体1的中部圆筒筒体上，隔板9的主要作用是避免运动条件下氮气稳压实验装置上部的氮气不凝结气体进入实验回路，影响回路的运行特性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。