[发明专利]一种运动条件下出口流体温度可控的氮气稳压实验装置

说明书

技术领域

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。

发明内容

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。