技术领域
[0001] 本
发明涉及用于模拟
核反应堆工作状态的模拟装置技术领域，特别是涉及一种运动条件下加热棒束子通道壁温模拟测量装置及方法。
背景技术
[0002] 不同于常规核反应堆装置，浮动核电站及核动
力舰船在运行时会受海洋条件的影响。受海浪运动的影响，核反应堆装置经常处于倾斜、摇摆、起伏的情况。运动条件引起的外力会对通道内的
流体产生附加力效应。通道内的汽泡群也会受外力影响产生迁徙、移动，改变流体局部的
空泡份额和流速，进而影响通道内的局部换热系数。
[0003] 棒束通道是核电站及核动力装置常用的反应堆
堆芯组件。由于棒束
燃料组件结构的特殊性，在运动条件下，子通道之间的搅混和二次流特性更为显著，通道的
传热特性研究难度较大。因此，有必要研制一种高温高压运动条件下的棒束子通道的壁面测温装置及方法，使棒束
燃料组件实验装置能够在高温高压、运动条件下准确、稳定测量子通道壁面
温度分布。
发明内容
[0004] 本发明提供了一种运动条件下加热棒束子通道壁温模拟测量装置及方法，该发明提供的装置及方法，可用于高温、高压、运动条件下棒束燃料组件堆芯基本热工
水力学问题的实验研究，模拟测量棒束子通道不同区域处温度，用于开展高温、高压、运动条件下棒束燃料组件堆芯流动与传热特性实验。
[0005] 为解决上述问题，本发明提供的运动条件下加热棒束子通道壁温模拟测量装置及方法通过以下技术要点来解决问题：运动条件下加热棒束子通道壁温模拟测量装置，包括流道板及设置于流道板内的多根加热棒，所述加热棒均呈条状，且各加热棒的长度方向与流道板的长度方向共向，各加热棒之间均有用于流体通过的流道，所述加热棒均为由导电材料制成圆管，每根加热棒内均设置有两个与加热棒内壁贴合的
热电偶，沿着流道板的长度方向设置有多个测量面，所述热电偶均设置在测量面上，且每个测量面上均设置有至少1个热电偶。
[0006] 具体的，以上流道板即为一个中空的且中空区域构成流体流动空间的构件，其可以整体成型，也可由多
块板材拼接而成，如最终构成一个矩管状的构件。本装置中不同加热棒之间、各加热棒和流道板内壁面之间构成了不同类型的子通道，以上子通道构成了所述的流道。以上加热棒用于模拟燃料棒，这样，将本装置置入运动、高温、高压的环境中工作，通
过热电偶获得的数据，可反映棒束子通道的壁面温度，以上壁面温度可直接反映各测量点的温度值，同时通过计算，可得到加热棒的表面换热系数，以上温度值或表面换热系数可用于研究高温、高压、运动条件下棒束燃料组件的传热特性，即本方案提供了一种可用于开展高温、高压、运动条件下棒束燃料组件堆芯流动与传热特性实验的装置。
[0007] 以上加热棒采用电加热模拟燃料棒释热的形式，可方便、安全的完成棒束燃料组件的传热特性研究。
[0008] 进一步的，采用设置多个测量面，且每个测量面上设置至少一个热电偶，可精确的获得不同运动工况下沿着流道板轴线方向的加热棒壁面温度分布，进而获得高温、高压、运动条件下棒束燃料组件整体的传热特性。
[0009] 进一步的，采用将加热棒设置为由导电材料制成的圆管，即加热棒本体为电热材料，同时每根加热棒内设置两个热电偶，这样，便于由每根加热棒的不同端分别向该燃料棒内置入一个热电偶，各热电偶相对于加热棒均设置为刚性连接，如每根加热棒的两个热电偶均通过一根刚性杆将各热电偶固定后，再分别由加热棒的不同端将两个热电偶送入到特定的测量面上，这样，以上热电偶不仅不影响流道内流体的流通，以使得所述流体能够真实模拟燃料棒组件中的流体流动，即热电偶测点及引线等不
对流道内流体流型演变和汽泡生成产生影响，同时还可使得热电偶完成布置后，不易受本装置的运动影响或流体的冲刷而发生脱落、移位等情况，利于所得数据的准确性。
[0010] 作为以上运动条件下加热棒束子通道壁温模拟测量装置进一步的技术方案，所述测量面的个数为N个，且N大于等于3，由流道板的一端至另一端，所述测量面的编号依次为1、2、…N；
[0011] 编号为1和N的测量面上均设置有一个用于测量流道板中央
位置温度的热电偶；
[0012] 其他测量面上均设置有至少两个热电偶，且其他测量面上的热电偶中，部分热电偶用于测量流道中央位置的温度，其余热电偶用于测量流道边缘的温度，且用于测量流道边缘温度的热电偶设置在靠近流道板内壁面的加热棒内，用于测量流道边缘温度的热电偶在对应加热棒内的位置位于靠近流道板壁面的一侧。本方案中，优选设置为其他测量面上均设置有四个热电偶，且分别用于安装各个热电偶的四根加热棒均为靠近流道板内壁面的加热棒，在本装置的截面上，四根加热棒的中心连线组成一个正方形，这样，可使得热电偶更为分散，利于测量
精度。
[0013] 具体的，以上提供了一个具体方案，当以上N等于3时，即测量面的编号分别1、2、3，当N大于3时，测量面的编号分别1、2、…N-1、N，以上中央位置的温度即为流道边缘区域以内流道点的温度。由于实际的反应堆堆芯里，大部分棒束子通道属于中心通道，所以研究中心通道的温度规律更有实际工程意义。鉴于此，本装置的每个截面上都布置了中心子通道的温度测点，而由于测点数量有限，所以在进口和出口两个测量面上只布置了一个测点。
[0014] 进一步的，所述流道板的截面呈矩形，其他测量面上用于测量流道边缘温度的热电偶的个数均至少有两个，且相应具有至少两个测量流道边缘温度的热电偶的测量面中，至少有一个热电偶用于测量流道板宽度边处的流道边缘温度，至少有一个热电偶用于测量流道板长度边处的流道边缘温度。本方案旨在为了使采集的温度值尽量符合截面平均的原则，同一截面的温度采集点既包括了中心通道壁面，即用于测量流道板中央位置温度的热电偶所获取的数据，也包括了不同边通道壁面，即至少有一个热电偶获得的流道板宽度边处的流道边缘温度，至少有一个热电偶获得的流道板长度边处的流道边缘温度，这样，可最终获得较为准确的整个流道平面的平均换热系数。
[0015] 所述加热棒为9根，且9根加热棒的位置关系呈3×3矩阵排列，所述测量面为6个，6个测量面编号依次为1、2、3、4、5、6，编号为1和6的测量面上的热电偶位于处于中央的加热棒内，编号为2、3、4、5的测量面上均设置有四个热电偶；
[0016] 编号为2、3、4、5的四个测量面中，各自内均有两个热电偶用于测量流道的中央温度，另外两个热电偶中的其中一个用于测量流道板宽度边处的流道边缘温度，最后一个热电偶用于测量流道板长度边处的流道边缘温度。
[0017] 3×3矩阵这种排布方式可以实现较少的加热棒用量，同时可以满足模拟
原型实验的要求。中心子通道的温度更能满足原型实验的要求，所以在靠近中心子通道的加热棒壁面上设置了两个测点。而根据模拟计算，在实验装置处于运动条件时，流道不同边的温度不同，因此在不同边处各设置一个温度测点，用以对比运动条件对不同位置处壁温的影响。每个截面上均在不同位置处的加热棒上设置测点，各对应的加热棒相隔90°
角关系，即上述提到的中心连线组成一个正方形的关系，是为了更全面地反映整个流道内的
传热系数分布。
[0018] 为便于调节加热棒的发热功率，各加热棒上均连接有功率调节装置，所述功率调节装置用于调节各加热棒的发热功率。
[0019] 同时，本发明还公开了一种运动条件下加热棒束子通道壁温模拟测量方法，以上装置功能的实现依赖于该方法，该方法采用如上任意一项所提供的运动条件下加热棒束子通道壁温模拟测量装置，将所述模拟测量装置置于高压、晃动环境中，由流道板的一端向流道中通入流体，对加热棒进行通电以模拟燃料棒产热，通过各热电偶获取各测量点的温度。
[0020] 采用以上方法，可反映棒束子通道的壁面温度，以上壁面温度可直接反映各测量点的温度值，同时通过计算，可得到加热棒的表面换热系数，以上温度值或表面换热系数可用于研究高温、高压、运动条件下棒束燃料组件的传热特性，即本方案提供了一种可用于开展高温、高压、运动条件下棒束燃料组件堆芯流动与传热特性实验的方法。
[0021] 同时，本方法中，以上加热棒采用电加热模拟燃料棒释热的形式，可方便、安全的完成棒束燃料组件的传热特性研究。
[0022] 本方法中，采用设置多个测量面，且每个测量面上设置至少一个热电偶，可精确的获得不同运动工况下沿着流道板轴线方向的加热棒壁面温度分布，进而获得高温、高压、运动条件下棒束燃料组件整体的传热特性。
[0023] 本方法中，采用将加热棒设置为由导电材料制成的圆管，即加热棒本体为电热材料，同时每根加热棒内设置两个热电偶，这样，便于由每根加热棒的不同端分别向该燃料棒内置入一个热电偶，各热电偶相对于加热棒均设置为刚性连接，如每根加热棒的两个热电偶均通过一根刚性杆将各热电偶固定后，再分别由加热棒的不同端将两个热电偶送入到特定的测量面上，这样，以上热电偶不仅不影响流道内流体的流通，以使得所述流体能够真实模拟燃料棒组件中的流体流动，即热电偶测点及引线等不对流道内流体流型演变和汽泡生成产生影响，同时还可使得热电偶完成布置后，不易受本装置的运动影响或流体的冲刷而发生脱落、移位等情况，利于所得数据的准确性。
[0024] 经过试验验证，每一个测量面上，流道中央位置各点的温度较为接近，流道边缘位置各点的温度较为接近，但流道中央位置各点的温度值和边缘位置的温度值差距较大，作为一种可从整体上精确反映测量装置热工水力特性的方案，作为以上运动条件下加热棒束子通道壁温模拟测量方法进一步的技术方案，所述测量面的个数为N个，且N大于等于3，由流道板的一端至另一端，所述测量面的编号依次为1、2、…N；
[0025] 编号为1和N的测量面上的热电偶测量流道中央位置的温度，其余测量面上的热电偶测量流道中央位置的温度、流道边缘位置的温度。
[0026] 为使得测量结果更为准确，所述流道板的截面呈矩形，所述边缘位置包括流道板的长度边和宽度边。由于受重力的影响，即使在静止条件下，长度边和宽度边处的温度也略有不同。而在倾斜和运动条件下，两者所处的相对位置更为不同，在两边设置两个测点有利于分析运动条件对棒束截面温度分布的影响。
[0027] 本发明具有以下有益效果：
[0028] 本方案提供了运动条件下加热棒束子通道壁温模拟测量装置及方法，采用以上装置和方法，可反映棒束子通道的壁面温度，以上壁面温度可直接反映各测量点的温度值，同时通过计算，可得到加热棒的表面换热系数，以上温度值或表面换热系数可用于研究高温、高压、运动条件下棒束燃料组件的传热特性，即本方案提供了一种可用于开展高温、高压、运动条件下棒束燃料组件堆芯流动与传热特性实验的方法。
[0029] 同时，本装置和方法中，以上加热棒采用电加热模拟燃料棒释热的形式，可方便、安全的完成棒束燃料组件的传热特性研究。
[0030] 本装置和方法中，采用设置多个测量面，且每个测量面上设置至少一个热电偶，可精确的获得不同运动工况下沿着流道板轴线方向的加热棒壁面温度分布，进而获得高温、高压、运动条件下棒束燃料组件整体的传热特性。
[0031] 本装置和方法中，采用将加热棒设置为由导电材料制成的圆管，即加热棒本体为电热材料，同时每根加热棒内设置两个热电偶，这样，便于由每根加热棒的不同端分别向该燃料棒内置入一个热电偶，各热电偶相对于加热棒均设置为刚性连接，如每根加热棒的两个热电偶均通过一根刚性杆将各热电偶固定后，再分别由加热棒的不同端将两个热电偶送入到特定的测量面上，这样，以上热电偶不仅不影响流道内流体的流通，以使得所述流体能够真实模拟燃料棒组件中的流体流动，即热电偶测点及引线等不对流道内流体流型演变和汽泡生成产生影响，同时还可使得热电偶完成布置后，不易受本装置的运动影响或流体的冲刷而发生脱落、移位等情况，利于所得数据的准确性。
附图说明
[0032] 图1为本发明所述的运动条件下加热棒束子通道壁温模拟测量装置一个具体
实施例的侧视图。
[0033] 图中标记分别为：1、流道板，2、流道，3、加热棒，4、热电偶。
具体实施方式
[0034] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：
[0035] 实施例1：
[0036] 如图1所示，运动条件下加热棒束子通道壁温模拟测量装置，包括流道板1及设置于流道板1内的多根加热棒3，所述加热棒3均呈条状，且各加热棒3的长度方向与流道板1的长度方向共向，各加热棒3之间均有用于流体通过的流道2，所述加热棒3均为由导电材料制成圆管，每根加热棒3内均设置有两个与加热棒3内壁贴合的热电偶4，沿着流道板1的长度方向设置有多个测量面，所述热电偶4均设置在测量面上，且每个测量面上均设置有至少1个热电偶4。
[0037] 具体的，本装置中不同加热棒3之间、各加热棒3和流道板1内壁面之间构成了不同类型的子通道，以上子通道构成了所述的流道2。以上加热棒3用于模拟燃料棒，这样，将本装置置入运动、高温、高压的环境中工作，通过热电偶4获得的数据，可反映棒束子通道的壁面温度，以上壁面温度可直接反映各测量点的温度值，同时通过计算，可得到加热棒3的表面换热系数，以上温度值或表面换热系数可用于研究高温、高压、运动条件下棒束燃料组件的传热特性，即本方案提供了一种可用于开展高温、高压、运动条件下棒束燃料组件堆芯流动与传热特性实验的装置。
[0038] 以上加热棒3采用电加热模拟燃料棒释热的形式，可方便、安全的完成棒束燃料组件的传热特性研究。
[0039] 进一步的，采用设置多个测量面，且每个测量面上设置至少一个热电偶4，可精确的获得不同运动工况下沿着流道板1轴线方向的加热棒壁面温度分布，进而获得高温、高压、运动条件下棒束燃料组件整体的传热特性。
[0040] 进一步的，采用将加热棒3设置为由导电材料制成的圆管，即加热棒3本体为电热材料，同时每根加热棒3内设置两个热电偶4，这样，便于由每根加热棒3的不同端分别向该燃料棒内置入一个热电偶4，各热电偶4相对于加热棒3均设置为刚性连接，如每根加热棒3的两个热电偶4均通过一根刚性杆将各热电偶4固定后，再分别由加热棒3的不同端将两个热电偶4送入到特定的测量面上，这样，以上热电偶4不仅不影响流道2内流体的流通，以使得所述流体能够真实模拟燃料棒组件中的流体流动，即热电偶4测点及引线等不对流道2内流体流型演变和汽泡生成产生影响，同时还可使得热电偶4完成布置后，不易受本装置的运动影响或流体的冲刷而发生脱落、移位等情况，利于所得数据的准确性。
[0041] 同时，本实施例还公开了一种运动条件下加热棒束子通道壁温模拟测量方法，以上装置功能的实现依赖于该方法，该方法采用如上任意一项所提供的加热棒3束子通道壁温模拟测量装置，将所述模拟测量装置置于高压、晃动环境中，由流道板1的一端向流道2中通入流体，对加热棒3进行通电以模拟燃料棒产热，通过各热电偶4获取各测量点的温度。
[0042] 采用以上方法，可反映棒束子通道的壁面温度，以上壁面温度可直接反映各测量点的温度值，同时通过计算，可得到加热棒3的表面换热系数，以上温度值或表面换热系数可用于研究高温、高压、运动条件下棒束燃料组件的传热特性，即本方案提供了一种可用于开展高温、高压、运动条件下棒束燃料组件堆芯流动与传热特性实验的方法。
[0043] 同时，本方法中，以上加热棒3采用电加热模拟燃料棒释热的形式，可方便、安全的完成棒束燃料组件的传热特性研究。
[0044] 本方法中，采用设置多个测量面，且每个测量面上设置至少一个热电偶4，可精确的获得不同运动工况下沿着流道板1轴线方向的加热棒壁面温度分布，进而获得高温、高压、运动条件下棒束燃料组件整体的传热特性。
[0045] 本方法中，采用将加热棒3设置为由导电材料制成的圆管，即加热棒3本体为电热材料，同时每根加热棒3内设置两个热电偶4，这样，便于由每根加热棒3的不同端分别向该燃料棒内置入一个热电偶4，各热电偶4相对于加热棒3均设置为刚性连接，如每根加热棒3的两个热电偶4均通过一根刚性杆将各热电偶4固定后，再分别由加热棒3的不同端将两个热电偶4送入到特定的测量面上，这样，以上热电偶4不仅不影响流道2内流体的流通，以使得所述流体能够真实模拟燃料棒组件中的流体流动，即热电偶4测点及引线等不对流道2内流体流型演变和汽泡生成产生影响，同时还可使得热电偶4完成布置后，不易受本装置的运动影响或流体的冲刷而发生脱落、移位等情况，利于所得数据的准确性。
[0046] 实施例2：
[0047] 本实施例在实施例1的
基础上作进一步限定，如图1所示，作为以上运动条件下加热棒束子通道壁温模拟测量装置进一步的技术方案，所述测量面的个数为N个，且N大于等于3，由流道板1的一端至另一端，所述测量面的编号依次为1、2、…N；
[0048] 编号为1和N的测量面上均设置有一个用于测量流道板1中央位置温度的热电偶4；
[0049] 其他测量面上均设置有至少两个热电偶4，且其他测量面上的热电偶4中，部分热电偶4用于测量流道2中央位置的温度，其余热电偶4用于测量流道2边缘的温度，且用于测量流道2边缘温度的热电偶4设置在靠近流道板1内壁面的加热棒3内，用于测量流道2边缘温度的热电偶4在对应加热棒3内的位置位于靠近流道板1壁面的一侧。
[0050] 具体的，以上提供了一个具体方案，当以上N等于3时，即测量面的编号分别1、2、3，当N大于3时，测量面的编号分别1、2、…N-1、N，以上中央位置的温度即为流道2边缘区域以内流道2点的温度。
[0051] 进一步的，所述流道板1的截面呈矩形，其他测量面上用于测量流道2边缘温度的热电偶4的个数均至少有两个，且相应具有至少两个测量流道2边缘温度的热电偶4的测量面中，至少有一个热电偶4用于测量流道板1宽度边处的流道2边缘温度，至少有一个热电偶4用于测量流道板1长度边处的流道2边缘温度。本方案旨在为了使采集的温度值尽量符合截面平均的原则，同一截面的温度采集点既包括了中心通道壁面，即用于测量流道板1中央位置温度的热电偶4所获取的数据，也包括了不同边通道壁面，即至少有一个热电偶4获得的流道板1宽度边处的流道2边缘温度，至少有一个热电偶4获得的流道板1长度边处的流道
2边缘温度，这样，可最终获得较为准确的整个流道2平面的平均换热系数。
[0052] 所述加热棒3为9根，且9根加热棒3的位置关系呈3×3矩阵排列，所述测量面为6个，6个测量面编号依次为1、2、3、4、5、6，编号为1和6的测量面上的热电偶4位于处于中央的加热棒3内，编号为2、3、4、5的测量面上均设置有四个热电偶4；
[0053] 编号为2、3、4、5的四个测量面中，各自内均有两个热电偶4用于测量流道2的中央温度，另外两个热电偶4中的其中一个用于测量流道板1宽度边处的流道2边缘温度，最后一个热电偶4用于测量流道板1长度边处的流道2边缘温度。
[0054] 为便于调节加热棒3的发热功率，各加热棒3上均连接有功率调节装置，所述功率调节装置用于调节各加热棒3的发热功率。
[0055] 实施例3：
[0056] 本实施例在实施例1提供的技术方案的基础上对本案作进一步限定：经过试验验证，每一个测量面上，流道2中央位置各点的温度较为接近，流道2边缘位置各点的温度较为接近，但流道2中央位置各点的温度值和边缘位置的温度值差距较大，作为以上运动条件下加热棒束子通道壁温模拟测量方法进一步的技术方案，所述测量面的个数为N个，且N大于等于3，由流道板1的一端至另一端，所述测量面的编号依次为1、2、…N；
[0057] 编号为1和N的测量面上的热电偶4测量流道2中央位置的温度，其余测量面上的热电偶4测量流道2中央位置的温度、流道2边缘位置的温度。
[0058] 为使得测量结果更为准确，所述流道板1的截面呈矩形，所述边缘位置包括流道板1的长度边和宽度边。
[0059] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。
