一种温压可控的海洋热工环境模拟系统

摘要

本发明公开了一种温压可控的海洋热工环境模拟系统，包括海水模拟容器，与海水模拟容器管道连接的气体稳压器，所述海水模拟容器与气体稳压器之间的管道上设置有隔离阀，所述海水模拟容器和气体稳压器分别还设置有补排水阀，所述海水模拟容器内还设置有加热功率可调的加热器、换热功率可调的换热器、测温组件、测压组件和液位计；所述海水模拟容器、气体稳压器及管道外壁均敷设有保温层。本发明解决了陆基条件下热工实验装置中海水热工环境模拟的难题，通过该系统的调节，可以快速稳定地建立海洋热工环境，且具有设备组成简单、操控简便、性能稳定等特点。

权利要求

1.一种温压可控的海洋热工环境模拟系统，其特征在于，包括海水模拟容器，与海水模拟容器管道连接的气体稳压器，所述海水模拟容器与气体稳压器之间的管道上设置有隔离阀，所述海水模拟容器和气体稳压器分别还设置有补排水阀，所述海水模拟容器内还设置有加热功率可调的加热器、换热功率可调的换热器、测温组件、测压组件和液位计；所述海水模拟容器、气体稳压器及管道外壁均敷设有保温层。

2.如权利要求1所述的一种温压可控的海洋热工环境模拟系统，其特征在于，所述加热器位于海水模拟容器内部下半部分，所述换热器位于海水模拟容器内部上半部分。

3.如权利要求1所述的一种温压可控的海洋热工环境模拟系统，其特征在于，所述换热器为盘管换热器，所述盘管换热器进口管安装有冷却水进口调节阀和流量计。

4.如权利要求3所述的一种温压可控的海洋热工环境模拟系统，其特征在于，所述流量计为V锥流量计或文丘里流量计。

5.如权利要求1所述的一种温压可控的海洋热工环境模拟系统，其特征在于，所述海水模拟容器侧壁或顶部设置有可视密封窗口。

6.如权利要求1所述的一种温压可控的海洋热工环境模拟系统，其特征在于，所述气体稳压器与氮气气源连接。

7.如权利要求1所述的一种温压可控的海洋热工环境模拟系统，其特征在于，所述气体稳压器内还设置有测温组件、测压组件和液位计。

8.如权利要求1所述的一种温压可控的海洋热工环境模拟系统，其特征在于，所述隔离阀为气动阀。

说明书

一种温压可控的海洋热工环境模拟系统

技术领域

[0001] 本发明属于核反应堆热工水力技术研究领域，涉及一种海洋热工模拟系统，特别是一种温压可控的海洋热工环境模拟系统。

背景技术

[0002] 目前，先进核动力反应堆采用非能动安全技术提高反应堆的安全性，为了确保非能动余热排出能力和长期冷却特性能够满足设计技术指标的要求，需要开展非能动安全系统验证实验。在开展舰船核动力反应堆非能动安全系统的实验研究时，由于大海为余热排出系统热最终热阱，海洋热工环境等热工参数对舰船核动力反应堆非能动安全系统会产生一定的影响，因此海洋热工环境是实验中必须模拟的对象。不同的海域或者不同的海洋深度，具有不同的海洋热工环境，即海水工质、海水压力和温度。

[0003] 然而，由于条件的限制，模拟原型的热工实验装置通常建立在陆地上，为达到模拟和验证原型设计方案的目的，海洋热工环境模拟系统的热工参数必须与真实海洋环境相同，并且在极端情况下还需要模拟舰船核反应堆运动时所带来的压力变化。因此，开发一种温度和压力可调式海洋热工环境模拟系统，解决陆基条件下热工实验装置中海水热工环境模拟的难题，这成为目前人们普遍关注的问题。

发明内容

[0004] 为解决陆基条件下热工实验装置中海水热工环境模拟的难题，本发明公开了一种海洋热工环境模拟系统。

[0005] 本发明所述一种温压可控的海洋热工环境模拟系统，包括海水模拟容器，与海水模拟容器管道连接的气体稳压器，所述海水模拟容器与气体稳压器之间的管道上设置有隔离阀，所述海水模拟容器和气体稳压器分别还设置有补排水阀，所述海水模拟容器内还设置有加热功率可调的加热器、换热功率可调的换热器、测温组件、测压组件和液位计；所述海水模拟容器、气体稳压器及管道外壁均敷设有保温层。

[0006] 优选的，所述加热器位于海水模拟容器内部下半部分，所述换热器位于海水模拟容器内部上半部分。

[0007] 优选的，所述换热器为盘管换热器，所述盘管换热器进口管安装有冷却水进口调节阀和流量计。

[0008] 具体的，所述流量计为V锥流量计或文丘里流量计。

[0009] 优选的，所述海水模拟容器侧壁或顶部设置有可视密封窗口。

[0010] 优选的，所述气体稳压器与氮气气源连接。

[0011] 优选的，所述气体稳压器内还设置有测温组件、测压组件和液位计。

[0012] 优选的，所述隔离阀为气动阀。

[0013] 采用本发明所述的一种温压可控的海洋热工环境模拟系统，只要将海水工质注入到该系统，通过该系统的调节，可以快速稳定地建立海洋热工环境，且具有设备组成简单、操控简便、性能稳定等特点，并能满足系统压力，温度可调节的要求，解决了陆基条件下热工实验装置中海水环境模拟的难题。

附图说明

[0014] 图1为本发明所述一种温压可控的海洋热工环境模拟系统的一种具体实施方式结构示意图；

[0015] 图中附图标记名称为：1-海水模拟容器，2-电热元件，3-盘管换热器，4-冷却水进口调节阀，5-冷却水流量计，6-氮气稳压器，7-隔离阀，8-截止阀，TF-测温组件，LT-液位计，PT-测压组件。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

[0017] 如图1所示，本发明的一种温压可控的海洋热工环境模拟系统，包括海水模拟容器1，与海水模拟容器1管道连接的气体稳压器，所述海水模拟容器1与气体稳压器之间的管道上设置有隔离阀7，所述海水模拟容器1和气体稳压器分别还设置有补排水阀，所述海水模拟容器1内还设置有加热功率可调的加热器、换热功率可调的换热器、测温组件TF、测压组件PT和液位计LT；所述海水模拟容器1和管道外壁均敷设有保温层。

[0018] 本发明的目的在于提供一种温压可控的海洋热工环境模拟系统，可用于研究舰船核反应堆在海水环境下热工水力特性，达到模拟海洋热工环境的需求，解决了陆基条件下热工实验装置中海水环境模拟的难题。只要将海水或海水工质注入到该系统，通过该系统的调节，可以快速稳定地建立海洋热工环境。

[0019] 所述海洋热工环境模拟系统调节方法如下：

[0020] 实验开始时，首先关闭隔离阀7，分别对海水模拟容器1和气体稳压器利用补排水阀补水；并对气体稳压器充气，将其压力升至预定值。海水模拟容器1内的压力通过补水加压到接近预定值。当海水模拟容器1与气体稳压器内的压力接近时，打开隔离阀7，连通气体稳压器和海水模拟容器1，继续对气体稳压器充气，并将此时连为一体的由海水模拟容器1和气体稳压器组成的系统压力慢慢调节至预定值。隔离阀7可以采用气动阀，便于实现自动控制。

[0021] 随后，利用加热器对海水模拟容器1进行升温；当温度达到预定值后停止加热。海水模拟容器1、气体稳压器及管道与容器外壁都敷设有保温层，能够保持系统内的温度不变。当来自外部设备的热量进入到海水模拟容器1时，调节换热器的换热功率，在图1的具体实施方式中，换热器采用盘管换热器3，开启盘管换热器3冷却水进口调节阀4，调节冷却水流量，使盘管换热器3的换热功率与来自设备的输出散热功率相等，保证海水模拟容器1内的温度不变。当需要模拟不同温度的海洋热工环境时，启用加热器对系统进行加热调节；当需要模拟不同压力的海洋热工环境时，对气体稳压器内充气并调节至预定压力。当需要模拟压力快速下降的海洋热工环境时，开启气体稳压器的补排水阀向外排水，调节排水速率，可使由由海水模拟容器1和气体稳压器组成的海洋热工环境模拟系统的压力快速下降并满足特定的下降速率要求。当需要模拟压力快速上升的海洋热工环境时，开启气体稳压器的补排水阀向内补水，控制补水速率，可使海洋热工环境模拟系统的压力快速上身并满足特定的上升速率要求。利用测温组件TF、测压组件PT和液位计LT对海水模拟容器1进行实时监测，作为海洋热工环境调节结果的实时反馈。

[0022] 本发明中海水模拟容器1是能够承受一定压力的容器，并且具有足够大的水容积，近似模拟海洋的无限大水容积，可以设计成上下为半球，中部为圆柱的形状，海水模拟容器1的顶部或侧壁可以设置可视化窗孔，例如采用石英玻璃密封隔离，方便实验过程中观测可能出现的海水汽泡沸腾现象。

[0023] 图1中，海洋模拟容器分别通过管道与设备进口和设备出口连接，所谓设备是被模拟的核动力装置中的蒸汽发生器或者余排换热器，通过该设备的流体出口管将热量导入海洋模拟容器内，冷却后的流体从设备进口返回。

[0024] 换热器可以采用盘管式换热器3，位于海水模拟容器1的上方，利于交换热量，盘管换热器3进口从海水模拟容器11侧面引出，出口从容器的顶部引出，盘管换热器3主要是用于冷却从待测设备输出的热流体，控制海水模拟容器1内的流体温度保持不变。如图1所示盘管换热器3进口管上设置有冷却水进口调节阀4以及冷却水流量计5，可以调节盘管换热器3内冷却水流量并对其进行实时测量，从而控制换热功率。气体稳压器内还可以设置有测温组件TF、测压组件PT和液位计LT，方便实时测量观察，测压组件采用压力变送器；测温组件可以采用热电偶，液位测量采用差压式测量方式，冷却水流量计5可以采用V锥流量计或文丘里流量计。

[0025] 图1实施例中，加热器采用电热元件2，从底部穿过海水模拟容器1的壁面安装在预留的电热元件2接管上并采用成熟的透镜垫技术进行密封。电热元件2用来加热海水模拟容器1内的水，根据实验所需模拟的海水温度来调节海水模拟容器1内的水温。电热元件2的尺寸和数量根据实际需要和海水模拟容器1空间确定。图1中的气体稳压器和海水模拟容器1底部还设置有通向排地沟的排尽阀，当实验结束时，打开阀门将内部液体及可能产生的沉淀物排空。

[0026] 气体稳压器可以采用氮气气源，从而形成氮气稳压器6，如图1所示，氮气气罐与气体稳压器之间通过管道连接有截止阀8，氮气成本低廉，且氮气分子量与空气接近，可以较好的模拟海洋表面真实环境，同时排除了氧气，避免在高热海水作用下产生氧化反应腐蚀系统。

[0027] 上述具体实施方式的效果在于： a.采用大容积的圆柱容器，近似模拟海洋无限大水容积；b.采用盘管换热器3作为热阱设备，控制海水模拟容器1内的流体温度保持不变；c.采用电热元件2加热海水模拟容器1内的水，根据实验所需模拟的海水温度来调节海水模拟容器1内的水温；d.采用外接氮气稳压器6，调节并稳定海洋热工环境模拟系统的压力；e.温度测量组件，压力测量组件对海水模拟容器1进行实时监测，可以作为海洋热工环境调节结果的实时反馈。

[0028] 只要将海水工质注入到该系统，通过该系统的调节，可以快速稳定地建立海洋热工环境，且具有设备组成简单、操控简便、性能稳定等特点，并能满足系统压力，温度可调节的要求。解决了陆基条件下热工实验装置中海水环境模拟的难题。

[0029] 前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。