一种热态棒束通道内相场温度场同步测量方法及系统

本发明涉及两相流体测量，尤其涉及一种热态棒束通道内相场温度场同步测量方法及系统。

背景技术：

1、两相沸腾流动现象在工业系统中广泛存在，如鼓泡器、蒸汽发生器、核反应堆等。当系统发生沸腾时，两相流动所导致的复杂气液耦合流动会影响系统的压降、传热、能质传输性质。特别地，对于常见的压水反应堆，发生沸腾现象可能导致燃料元件破损，发生安全事故。因此，明确高温高压两相流动工况下棒束通道内的相态和温度分布特性极为关键。然而，棒束通道结构复杂，反应堆高温高压工况对测量仪器性能提出了严苛要求，导致测量全温全压工况下棒束通道内相场和温度场精细化分布难度较大。

2、当前，通常基于射线穿透不同物质时的衰减量不同，采用辐照技术测量高温高压工况下空泡份额分布。而两相流体的温度分布通常采用热电偶进行测量。然而，辐照技术的设备复杂，分辨率低，射线在穿过棒束时会多次衰减导致信号难以捕获，测量精确度差，难以应用于复杂的棒束通道结构中。热电偶自身体积会对流场造成明显侵入效应，难以实现高分辨率温度场的测量。

3、因此，急需设计一种高温高压环境下复杂棒束通道内的相场温场同步测量系统和方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的缺点,而提供了一种热态棒束通道内相场温度场同步测量方法及系统，针对复杂棒束通道开发的两相流动中同步测量相分布温度分布的测量。

2、其中，提供了一种热态棒束通道内相场温度场同步测量方法，包括：

3、在流道内，通过燃料棒模拟体构建棒束通道，对流体进行直接加热，设置丝网传感器进行棒束通道的相场和温度场的同步测量，其中，

4、通过交流电信号激励所述丝网传感器上的光纤包壳，所述光纤包壳发射并接收电信号，对电信号分析处理后测量流体空泡份额分布；

5、通过交流电信号激励所述丝网传感器的光纤，传输并转换光信号，测量流体温度分布。

6、进一步地，对流体进行直接加热进一步包括：

7、将所述模拟体的有效发热段与其上的铜电极通过绝缘环隔离，所述铜电极与直流电源相连，通过调节电流大小控制所述模拟体的加热功率。

8、进一步地，通过交流电信号激励所述丝网传感器上的光纤包壳，所述光纤包壳发射并接收电信号进一步包括：

9、向丝网传感器的发射极输入交流电，采用交流电信号激励发射极的光纤包壳，由接收极接收电信号并传输至电信号采集卡，进行流体相场的测量。

10、优选地，测量流体空泡份额分布进一步包括：

11、s11：所述电信号采集卡精确接收电信号，对接收的电信号进行调理与转换，包括放大微弱的电信号以及去除电信号中的噪声和干扰；

12、s12：对该交流电信号进行频谱分析，对确定其频率成分和幅度分布，通过相位检测算法检测接收信号与激励信号之间的相位差，提取电信号的特征参数；

13、s13：考虑光纤包壳的材料特性、激励信号的频率和幅度因素建立相场模型，持续采集电信号，根据建立的相场模型和提取的电信号特征参数实时计算相场的数值；

14、s14：考虑可能的误差来源对测量的结果进行误差分析，评估测量的准确性，并采取相应措施进行修正，将测量结果以数据文件的形式输出。

15、进一步地，通过交流电信号激励所述丝网传感器的光纤，传输并转换光信号进一步包括：

16、光信号发射模型向所述丝网传感器发射光信号，通过光信号激励所述丝网传感器的发射极和接收极中的光纤，通过光纤调解仪接收并读取光信号，将不同波长的光信号转变为温度值，实现流体温度场的测量。

17、优选地，测量流体温度分布进一步包括：

18、s21：通过在流体中布置若干发射极和接收极实现对流体不同位置的温度测量，每个发射极和接收极之间的光纤路径覆盖一定的区域，在光纤上刻上用于测量的光栅，形成一个温度测量网络；

19、s22：根据各个位置的温度测量值构建出流体的温度场，生成描述流体中温度分布的三维空间函数。

20、另一方面，本发明提供了一种热态棒束通道内相场温度场同步测量系统，包括流道、模拟体、丝网传感器：

21、所述模拟体和所述丝网传感器设置于所述流道内，所述流道壁与所述模拟体通过绝缘材料进行隔离，所述丝网传感器垂直于所述模拟体，所述丝网传感器和所述模拟体通过隔绝环隔离。

22、进一步地，所述模拟体包括有效发热段和铜电极段，所述有效发热段和所述铜电极段内部包裹发热管，所述有效发热段和所述铜电极段之间通过绝缘环隔离，其中，

23、在所述有效发热段，所述发热管外依次覆盖有绝缘层和发热包壳，

24、在所述铜电极段，所述发热管外包裹有铜管；

25、所述丝网传感器包括若干发射极和接收极，所述发射极和接收极互相垂直但并不相交。

26、进一步地，所述丝网传感器的发射极和接收极与固定端刚性连接，所述固定端包括光纤和光纤包壳，所述光纤包壳包覆于所述光纤，所述光纤包壳外涂有极薄的绝缘层；

27、所述光纤根据测量分辨率需要刻光栅；

28、所述光纤包壳与电信号采集卡连接，光纤的一端与光信号发射模块连接，另一端连接有光纤调解仪。

29、进一步地，所述光纤的固定端从所述流道两侧穿出，所述模拟体从从所述流道的上下两端穿出，采用o型密封圈进行密封，所述流道内的各个部分与流道通过法兰连接。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、本发明通过用燃料棒模拟体构建棒束通道，设置丝网传感器同步测量棒束通道内流体的空泡份额分布和温度分布，在复杂的棒束通道结构中，实现高温高压工况下棒束通道的相场和温度场同步测量；

32、本发明通过在发热管与其他各部件之间设置高温绝缘层，避免棒束通道两相测量的误差干扰。

技术特征：

1.一种热态棒束通道内相场温度场同步测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的热态棒束通道内相场温度场同步测量方法，其特征在于，对流体进行直接加热进一步包括：

3.根据权利要求1所述的热态棒束通道内相场温度场同步测量方法，其特征在于，通过交流电信号激励所述丝网传感器上的光纤包壳，所述光纤包壳发射并接收电信号进一步包括：

4.根据权利要求3所述的热态棒束通道内相场温度场同步测量方法，其特征在于，对电信号分析处理后测量流体空泡份额分布进一步包括：

5.根据权利要求1所述的热态棒束通道内相场温度场同步测量方法，其特征在于，通过交流电信号激励所述丝网传感器的光纤，传输并转换光信号进一步包括：

6.根据权利要求6所述的热态棒束通道内相场温度场同步测量方法，其特征在于，测量流体温度分布进一步包括：

7.一种热态棒束通道内相场温度场同步测量系统，用于实施权利要求1~6任意一种所述的方法，其特征在于，包括流道、模拟体、丝网传感器：

8.根据权利要求7所述的热态棒束通道内相场温度场同步测量系统，其特征在于，所述模拟体包括有效发热段和铜电极段，所述有效发热段和所述铜电极段内部包裹发热管，所述有效发热段和所述铜电极段之间通过绝缘环隔离，其中，

9.根据权利要求8所述的热态棒束通道内相场温度场同步测量系统，其特征在于，所述丝网传感器的发射极和接收极与固定端刚性连接，所述固定端包括光纤和光纤包壳，所述光纤包壳包覆于所述光纤，所述光纤包壳外涂有极薄的绝缘层；

10.根据权利要求9所述的热态棒束通道内相场温度场同步测量系统，其特征在于，所述光纤的固定端从所述流道两侧穿出，所述模拟体从从所述流道的上下两端穿出，采用o型密封圈进行密封，所述流道内的各个部分与流道通过法兰连接。

技术总结
本发明涉及两相流体测量技术领域，尤其公开了一种热态棒束通道内相场温度场同步测量方法及系统，所述方法包括：在流道内，通过燃料棒模拟体构建棒束通道，对流体进行直接加热，设置丝网传感器进行棒束通道的相场和温度场的同步测量，其中，通过交流电信号激励所述丝网传感器上的光纤包壳，所述光纤包壳发射并接收电信号，对电信号分析处理后测量流体空泡份额分布；通过交流电信号激励所述丝网传感器的光纤，传输并转换光信号，测量流体温度分布。以上方法通过热态棒束通道内相场温度场同步测量系统实现，提供了一种高温高压环境下，针对复杂棒束通道开发的两相流动中同步测量相分布温度分布的测量方法和系统。

技术研发人员：肖瑶,傅俊森,闫旭,顾汉洋,陈硕,刘利民
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/13