一种消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统

摘要

本发明属于反应堆热工水力及安全技术领域，具体涉及一种消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统。其中汽泡消除罐设置在预热器的下游和实验装置的上游之间，在汽泡消除罐侧面中间偏上的部位开孔与入口管连接，在汽泡消除罐侧面中间偏下的部位开孔与出口管连接，入口管与预热器连接，出口管与实验装置连接；在汽泡消除罐的顶部设置有冷凝器，冷凝水入口参数控制系统、冷凝水出口控制系统分别与冷凝器连接；在汽泡消除罐的顶部设置有排汽系统；在汽泡消除罐的顶部设置有温度测量系统和压力测量系统，在出口管的下游设置有流量计A。该系统可以高效消除预热器产生的过冷沸腾汽泡，避免热工水力实验中预热器产生的汽泡进入实验装置内。

权利要求

1.一种消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统，其特征在于：该系统包括汽泡消除罐（1）、入口管（2）、冷凝器（3）、冷凝水入口参数控制系统（5）、冷凝水出口控制系统（6）、排汽系统（7）、温度测量系统（8）、压力测量系统（9）、出口管（10）、流量计A（11）；所述汽泡消除罐（1）设置在预热器（13）的下游和实验装置（14）的上游之间，在汽泡消除罐（1）侧面中间偏上的部位开孔与入口管（2）连接，在汽泡消除罐（1）侧面中间偏下的部位开孔与出口管（10）连接，入口管（2）与预热器（13）连接，出口管（10）与实验装置（14）连接；在汽泡消除罐（1）的顶部设置有冷凝器（3），冷凝水入口参数控制系统（5）、冷凝水出口控制系统（6）分别与冷凝器（3）连接；在汽泡消除罐（1）的顶部设置有排汽系统（7）；在汽泡消除罐（1）的顶部设置有温度测量系统（8）和压力测量系统（9），在出口管（10）的下游设置有流量计A（11）。

2.根据权利要求1所述的消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统，其特征在于：

所述冷凝器（3）通过固定销（4）与汽泡消除罐（1）连接固定。

3.根据权利要求1所述的消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统，其特征在于：

所述冷凝水入口参数控制系统（5）根据冷凝水出口控制系统（6）流出的冷却水的温度和流量，调节进入冷凝器（3）的冷却水的温度和流量，冷却水通过冷凝水入口参数控制系统（5）进入冷凝器（3），通过冷凝水出口控制系统（6）流出。

4.根据权利要求1所述的消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统，其特征在于：

所述排汽系统（7）由与汽泡消除罐（1）连通的若干管道及管道上设置的阀门组成。

5.根据权利要求1所述的消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统，其特征在于：

所述温度测量系统（8）由与汽泡消除罐（1）连通的管道及设置在管道上的温度传感器组成。

6.根据权利要求1所述的消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统，其特征在于：

所述压力测量系统（9）由与汽泡消除罐（1）连通的管道及设置在管道上的压力传感器组成。

说明书

一种消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统

技术领域

[0001] 本发明属于反应堆热工水力及安全技术领域，具体涉及一种消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统。

背景技术

[0002] 在核能领域，沸腾传热和气液两相流得到广泛的应用。由于沸腾传热和气液两相流的多样性和复杂性，半个多世纪以来，虽然人们不断的探析沸腾传热和两相流动机理，揭示其基本规律，然而至今仍然有许多未知的物理现象和机理，有待于人们进一步探索。

[0003] 从沸腾传热和气液两相流的发展历程来看，理论发展还不成熟，主要依赖于实验研究，通过实验研究，获得基于实验数据的经验关系式或半经验关系式，用来预测传热装置的热工水力性能。在反应堆热工水力实验装置设计时，为了提高实验装置进口温度，使得实验装置内进口参数能够满足模拟原形参数的相关要求，通常在实验装置之前设置预热器。为了提高预热器的加热效率和减小预热器所占的布置空间，预热器通常为直接加热的直管或弯管结构形式，然而，预热器加热后，容易使得加热壁面局部区域出现过冷沸腾现象，产生的汽泡直接进入了实验装置内，引入了不确定性因素，对于一些精确的热工水力实验，如汽泡可视化实验影响较大，甚至不能反映原形设计内的真实物理现象。因此，有必要在实验回路系统上设计一套过冷沸腾汽泡消除系统，在确保实验装置入口参数满足要求的前提下，消除预热器产生的过冷沸腾汽泡，对于反应堆热工水力实验研究以及原形设计验证具有重要意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种简单易行的消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统，在确保实验装置入口参数满足要求的前提下，高效消除预热器产生的过冷沸腾汽泡，避免热工水力实验中预热器产生的汽泡进入实验装置内，引入不确定性因素，导致不能反映原形设计装置内的真实物理现象。

[0005] 为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

[0006] 一种消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统，该系统包括汽泡消除罐、入口管、冷凝器、冷凝水入口参数控制系统、冷凝水出口控制系统、排汽系统、温度测量系统、压力测量系统、出口管、流量计A；所述汽泡消除罐设置在预热器的下游和实验装置的上游之间，在汽泡消除罐侧面中间偏上的部位开孔与入口管连接，在汽泡消除罐侧面中间偏下的部位开孔与出口管连接，入口管与预热器连接，出口管与实验装置连接；在汽泡消除罐的顶部设置有冷凝器，冷凝水入口参数控制系统、冷凝水出口控制系统分别与冷凝器连接；在汽泡消除罐的顶部设置有排汽系统；在汽泡消除罐的顶部设置有温度测量系统和压力测量系统，在出口管的下游设置有流量计A。

[0007] 所述冷凝器通过固定销与汽泡消除罐连接固定。

[0008] 所述冷凝水入口参数控制系统根据冷凝水出口控制系统流出的冷却水的温度和流量，调节进入冷凝器的冷却水的温度和流量，冷却水通过冷凝水入口参数控制系统进入冷凝器，通过冷凝水出口控制系统流出。

[0009] 所述排汽系统由与汽泡消除罐连通的若干管道及管道上设置的阀门组成。

[0010] 所述温度测量系统由与汽泡消除罐连通的管道及设置在管道上的温度传感器组成。

[0011] 所述压力测量系统由与汽泡消除罐连通的管道及设置在管道上的压力传感器组成。

[0012] 本发明所取得的有益效果为：

[0013] 本发明所述消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统可以高效的消除预热器产生的过冷沸腾汽泡，避免热工水力实验中预热器产生的汽泡进入实验装置内，引入不确定性因素，导致反应堆热工水力实验不能反映原形装置内的真实物理现象；同时通过合理的调节和监测消除罐内压力和温度参数以及出口管流量，确保实验装置的入口参数能够满足原形设计输入参数的要求，达到反应堆热工水力实验验证的目的。

附图说明

[0014] 图1为本发明所述消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统结构图；

[0015] 图中：1、汽泡消除罐；2、入口管；3、冷凝器；4、固定销；5、冷凝水入口参数控制系统；6、冷凝水出口控制系统；7、排汽系统；8、温度测量系统；9、压力测量系统；10、出口管；11、流量计A；12、流量计B；13、预热器；14、实验装置。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

[0017] 本发明所述消除预热器产生的过冷沸腾汽泡的实验系统包括汽泡消除罐1、入口管2、冷凝器3、固定销4、冷凝水入口参数控制系统5、冷凝水出口控制系统6、排汽系统7、温度测量系统8、压力测量系统9、出口管10、流量计A11；

[0018] 所述汽泡消除罐1设置在预热器13的下游和实验装置14的上游之间，用于使得预热器13产生的过冷沸腾汽泡在其内进行分离，以避免汽泡进入实验装置14内；在汽泡消除罐1侧面中间偏上的部位开孔与入口管2连接，在汽泡消除罐1侧面中间偏下的部位开孔与出口管10连接，入口管2与预热器13连接，出口管10与实验装置14连接，这种高位进、低位出的连接方式充分利用了汽泡受浮力作用更易向上运动这一特点，使得汽泡更易于向汽泡消除罐1的上部空间聚集，从而提高汽泡消除罐1的除汽效率。

[0019] 在汽泡消除罐1的顶部设置有冷凝器3，冷凝器3通过固定销4与汽泡消除罐1连接固定，预热器13产生的过冷沸腾汽泡通过入口管2进入汽泡消除罐1的上部空间，聚集在冷凝器3周围。

[0020] 冷凝水入口参数控制系统5、冷凝水出口控制系统6分别与冷凝器3连接，冷却水通过冷凝水入口参数控制系统5进入冷凝器3，最终通过冷凝水出口控制系统6流出；冷凝水入口参数控制系统5根据冷凝水出口控制系统6流出的冷却水的温度和流量，调节进入冷凝器3的冷却水的温度和流量，通过冷凝水入口参数控制系统5和冷凝水出口控制系统6，可以合理调节冷却水的温度和流量，使得汽泡在汽泡消除罐1的顶部冷凝，确保汽泡消除罐1内的流体温度不至于降低太多，从而达到实验参数的要求。

[0021] 在汽泡消除罐1的顶部设置有排汽系统7，用于快速排放汽泡消除罐1内的汽体，避免汽泡消除罐1内由于汽体太多而导致压力快速上升，危害实验装置14的安全性；排汽系统7可由与汽泡消除罐1连通的若干管道及管道上设置的阀门组成，通过阀门的开闭排汽。

[0022] 同时为了确保真正消除预热器13产生的过冷沸腾汽泡，在汽泡消除罐1的顶部设置有温度测量系统8和压力测量系统9，温度测量系统8可由与汽泡消除罐1连通的管道及设置在管道上的温度传感器组成，压力测量系统9可由与汽泡消除罐1连通的管道及设置在管道上的压力传感器组成；在出口管10的下游设置有流量计A11；通过观察温度测量系统8和压力测量系统9，可监测汽泡消除罐1内的温度和压力变化情况，进而判断汽泡消除罐1内是否还存在过冷沸腾汽泡；同时也可以通过监测预热器前端的流量计B12和出口管10下游的流量计A11获得的流量大小是否一致，判读出是否真正消除了汽泡消除罐1内的过冷沸腾汽泡。

[0023] 实验过程中，预热器13产生的过冷沸腾汽泡通过入口管2进入汽泡消除罐1的上部空间，聚集在冷凝器3周围；通过冷凝水入口参数控制系统5合理调节冷凝水入口参数，使得冷凝器3周围的汽泡冷凝，从而消除顶部的汽泡；最终通过汽泡消除罐1顶部设置的温度测量系统8和压力测量系统9，以及与出口管10连接的流量计A11，判断出是否真正消除了汽泡消除罐1内的过冷沸腾汽泡。

[0024] 在实验过程中，如果预热器13产生的气体过多，导致汽泡消除罐1内的压力迅速上升，可缓慢打开汽泡消除罐1顶部的排汽系统7，释放汽泡消除罐1内汽体，确保汽泡消除罐1内压力在合理范围内。