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一种管道试验平台及基于该平台的 气溶胶沉积率测定方法

阅读：484发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种管道试验平台及基于该平台的气溶胶沉积率测定方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于核反应堆技术，具体涉及一种管道试验平台及基于该平台的气溶胶沉积率测定方法。平台包括风机、过滤器、依次设于风机出口管道上的电加热器和缓冲箱、依次设于缓冲箱出口管道上的第一直角弯管、并联管路、第二直角弯管和三通阀；方法包括设计测量点分别采集气溶胶浓度，再得出气溶胶在管道中的沉积率，得到不同测量点之间管路的气溶胶沉积率。平台较好的模拟了钠冷快堆事故排烟系统的工况，测量点的选择基于气溶胶的流动特性，合理准确的反映了各个位置的气溶胶浓度，采样合理，得出不同管段位置的气溶胶沉积率，进而通过数据模拟分析得出管路直径和气溶胶沉积率之间的关系。，下面是一种管道试验平台及基于该平台的气溶胶沉积率测定方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种管道试验平台，其特征在于：包括风机(1)、设于风机(1)入口管道上的过滤器(2)、依次设于风机(1)出口管道上的电加热器(3)和缓冲箱(4)、依次设于缓冲箱(4)出口管道上的第一直角弯管、并联管路、第二直角弯管和三通阀(5)；所述的三通阀(5)其中两个端口连接的管路位于XY平面，所述的风机(1)、过滤器(2)、电加热器(3)、缓冲箱(4)、第一直角弯管、并联管路和第二直角弯管均位于XY平面，所述的三通阀(5)余下一个端口连接的管路沿着与XY平面垂直的Z方向，并且通过第三直角弯头沿着X方向继续连接管路，再通过第四直角弯头向-Z方向连接管路，管路末端与过滤器(2)连接。
2.如权利要求1所述的一种管道试验平台，其特征在于：所述的缓冲箱(4)的另一入口连接气溶胶发生器(7)。
3.如权利要求2所述的一种管道试验平台，其特征在于：所述的缓冲箱(4)上通过管道连接蒸汽发生器(8)。
4.如权利要求2所述的一种管道试验平台，其特征在于：所述的缓冲箱(4)出口管道上设有气溶胶测量设备(6)。
5.一种气溶胶沉积率测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将过滤器(2)和风机(1)连接，在风机(1)出口管道上依次安装电加热器(3)和缓冲箱(4)，在缓冲箱(4)出口管道上依次安装第一直角弯管、并联管路、第二直角弯管和三通阀(5)，使得上述设备通过管路连接，并位于XY平面内，其中三通阀(5)的两个端口连接管道均位于XY平面，在XZ平面沿着Z方向布置与三通阀(5)另一个剩余端口连接的管路，再通过第三直角弯管和第四直角弯管，使得管路与所述的过滤器(2)连接；
2)将空气进行过滤清洁，使得过滤后的空气气溶胶质量浓度低于0.05mg/m3；
3)可以采用电加热器，将空气加热到200～250℃，维持该温度下；
4)采用缓冲箱(4)进行空气和气溶胶的均匀混合；
5)将缓冲箱(4)出口管路处测量不同测量点处的气溶胶浓度，分别记为C1…CN，其中N为测量点数量；
6)得出气溶胶在管道中的沉积率，即事故工况下气溶胶在事故排风系统中的沉积率其中，C0为步骤4)中注入试验装置中的气溶胶初始质量浓度，Ci为在第i个测点测得的气溶胶的质量浓度；DFi为从气溶胶入口处到该测量点这段管路中的气溶胶沉积率；
7)计算DFi-DFj，得到不同测量点之间管路的气溶胶沉积率。
其中j＝1,2…9，且j6.如权利要求5所述的一种气溶胶沉积率测定方法，其特征在于：所述的步骤4)中在缓冲箱(4)上连接蒸汽发生器，使得蒸汽进入缓冲箱(4)与洁净空气和气溶胶均匀混合。
7.如权利要求5所述的一种气溶胶沉积率测定方法，其特征在于：所述的步骤5)中测量点数量N为8～15。
8.如权利要求7所述的一种气溶胶沉积率测定方法，其特征在于：所述的步骤5)中测量点数量N为9。
9.如权利要求8所述的一种气溶胶沉积率测定方法，其特征在于，所述的步骤5)中9个测量点的布置方式为：
并联管路分流点前段10cm处为第1个测量；
汇集点后管道上10cm处为第2个测量点；
第二个直角弯管后端管路上距离直角弯管10cm处为第3个测量点；
三通阀(5)前段管路距离三通阀10cm处为第4个测量点；
在三通阀(5)沿着Z方向的管道上距离三通阀10cm处为第5个测量点；
Z方向的竖直管道上通过第三直角弯头连接沿着X方向的管道，在该段管道的两端距离前后第三、第四直角弯头各10cm处，分别为第6个测量点和第7个测量点；
XY平面上，在三通阀(5)沿着X方向的管路上，距离三通阀10cm处为第8个测量点，距离该段管路末端10cm处为第9个测量点。

说明书全文

一种管道试验平台及基于该平台的气溶胶沉积率测定方法

技术领域

[0001] 本发明属于核反应堆技术，具体涉及一种管道试验平台及基于该平台的气溶胶沉积率测定方法。

背景技术

[0002] 气溶胶是悬浮在气体中的固态或液态颗粒，是反应堆严重事故时放射性物质释放的主要载体，其在空间中扩散、分布和沉积等过程较为复杂，所受影响因素较多，影响释放到环境中的放射性源项，在反应堆严重事故安全领域受到重点关注。

[0003] 在钠冷快堆严重事故的事故进程可以分为主容器内行为和安全壳内行为。安全壳内的事故进程包括钠泄漏到安全壳内后发生钠火事故、放射性气溶胶在安全壳内的沉积和迁移等。其中，气溶胶在安全壳事故排烟系统中的迁移和沉积将会影响到最终源项分布，受到了广泛关注。

[0004] 以往的气溶胶试验是针对直管段高温高速流动、多管段常温常压流动和直管段高温常压流动下的气溶胶沉积行为，没有出现关于具有弯管段且载气温度较高的试验工况进行的气溶胶试验过程。

[0005] 在某一项研究中，气溶胶由钠火生成，气溶胶及其载气温度(250°左右)明显高于外部环境温度，要求试验装置和方法能够适应载气温度变化。

[0006] 另外，在轻水反应堆中，严重事故条件下，气溶胶首先由堆芯释放，进入一回路主管道。由于此条件下，一回路可能已经逐渐丧失冷却剂，其试验条件会带有蒸汽，需要将蒸汽带来的影响在气溶胶试验中有所体现，更好的模拟实际工况。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种管道试验平台及基于该平台的气溶胶沉积率测定方法，能够满足在钠火生成的气溶胶试验条件，同时更好的模拟实际工况，得到准确的试验结论。

[0008] 本发明的技术方案如下：

[0009] 一种管道试验平台，包括风机、设于风机入口管道上的过滤器、依次设于风机出口管道上的电加热器和缓冲箱、依次设于缓冲箱出口管道上的第一直角弯管、并联管路、第二直角弯管和三通阀；所述的三通阀其中两个端口连接的管路位于XY平面，所述的风机、过滤器、电加热器、缓冲箱、第一直角弯管、并联管路和第二直角弯管均位于XY平面，所述的三通阀余下一个端口连接的管路沿着与XY平面垂直的Z方向，并且通过第三直角弯头沿着X方向继续连接管路，再通过第四直角弯头向-Z方向连接管路，管路末端与过滤器连接。

[0010] 所述的缓冲箱的另一入口连接气溶胶发生器。

[0011] 所述的缓冲箱上通过管道连接蒸汽发生器。

[0012] 所述的缓冲箱出口管道上设有气溶胶测量设备。

[0013] 一种气溶胶沉积率测定方法，包括如下步骤：

[0014] 1)将过滤器和风机连接，在风机出口管道上依次安装电加热器和缓冲箱，在缓冲箱出口管道上依次安装第一直角弯管、并联管路、第二直角弯管和三通阀，使得上述设备通过管路连接，并位于XY平面内，其中三通阀的两个端口连接管道均位于XY平面，在XZ平面沿着Z方向布置与三通阀另一个剩余端口连接的管路，再通过第三直角弯管和第四直角弯管，使得管路与所述的过滤器连接；

[0015] 2)将空气进行过滤清洁，使得过滤后的空气气溶胶质量浓度低于0.05mg/m3；

[0016] 3)可以采用电加热器，将空气加热到200～250℃，维持该温度下；

[0017] 4)采用缓冲箱进行空气和气溶胶的均匀混合；

[0018] 5)将缓冲箱出口管路处测量不同测量点处的气溶胶浓度，分别记为C1…CN，其中N为测量点数量；

[0019] 6)得出气溶胶在管道中的沉积率，即事故工况下气溶胶在事故排风系统中的沉积率

[0020]

[0021] 其中，C0为步骤4)中注入试验装置中的气溶胶初始质量浓度，Ci为在第i个测点测得的气溶胶的质量浓度；DFi为从气溶胶入口处到该测量点这段管路中的气溶胶沉积率；

[0022] 7)计算DFi-DFj，得到不同测量点之间管路的气溶胶沉积率。

[0023] 其中j＝1,2…9，且j

[0024] 所述的步骤4)中在缓冲箱(4)上连接蒸汽发生器，使得蒸汽进入缓冲箱(4)与洁净空气和气溶胶均匀混合。

[0025] 所述的步骤5)中测量点数量N为8～15。

[0026] 所述的步骤5)中测量点数量N为9。

[0027] 所述的步骤5)中9个测量点的布置方式为：

[0028] 并联管路分流点前段10cm处为第1个测量；

[0029] 汇集点后管道上10cm处为第2个测量点；

[0030] 第二个直角弯管后端管路上距离直角弯管10cm处为第3个测量点；

[0031] 三通阀前段管路距离三通阀10cm处为第4个测量点；

[0032] 在三通阀沿着Z方向的管道上距离三通阀10cm处为第5个测量点；

[0033] Z方向的竖直管道上通过第三直角弯头连接沿着X方向的管道，在该段管道的两端距离前后第三、第四直角弯头各10cm处，分别为第6个测量点和第7个测量点；

[0034] XY平面上，在三通阀沿着X方向的管路上，距离三通阀10cm处为第8个测量点，距离该段管路末端10cm处为第9个测量点。

[0035] 本发明的显著效果如下：

[0036] 管道试验平台通过风机、蒸汽发生器、缓冲箱、电加热器等设备，较好的模拟了钠冷快堆事故排烟系统的工况，有利于得出较为准确合理的气溶胶特性结论，具备同时测量风速、温度、气溶胶的能力。

[0037] 测量点的选择基于气溶胶的流动特性，合理准确的反映了各个位置的气溶胶浓度，采样合理，得出不同管段位置的气溶胶沉积率，进而通过数据模拟分析得出管路直径和气溶胶沉积率之间的关系。附图说明

[0038] 图1a为管道试验平台及测量点位置示意图；

[0039] 图1b为图1a的A-A方向示意图；

[0040] 图2为测量点在管路截面位置示意图；

[0041] 图中：1.风机；2.过滤器；3.电加热器；4.缓冲箱；5.三通阀；6.气溶胶测量设备；7.气溶胶发生器；8.蒸汽发生器。

具体实施方式

[0042] 下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

[0043] 如图1所示的管道试验平台，在风机1的入口管道上安装过滤器2，风机1的出口管道上依次安装电加热器3、缓冲箱4，在XY平面，缓冲箱4出口管道安装向上直角弯折管路，之后沿直线方向连接两路并联的管路，之后再向Y方向连接直角弯折管路，在弯折后的管路上安装三通阀5，三通阀5上连接的管路其中两路管道位于XY平面，另一路管道沿着Z方向。在三通阀5上沿着Z方向的管路上通过第三直角弯头沿着X方向继续连接管路，再通过第四直角弯头向-Z方向连接管路，管路末端与过滤器2连接。

[0044] 在缓冲箱4的另一入口连接气溶胶发生器7，使得空气和气溶胶融合，在缓冲箱4上通过管道连接蒸汽发生器8，使得蒸汽进入缓冲箱4与洁净空气和气溶胶均匀混合。

[0045] 通过气溶胶测量设备6测量气溶胶的浓度。例如缓冲箱4的出口和并联管路(即两个分流管道)的分流点之间的管路上安装气溶胶测量设备6，测量此段管路测量点位置处气溶胶的浓度。同样在出口管路的其他位置也可以测量不同位置处的气溶胶浓度。

[0046] 步骤1过滤空气

[0047] 可以通过过滤器和风机，将空气进行过滤清洁，使得过滤后的空气气溶胶质量浓度低于0.05mg/m3。

[0048] 步骤2对过滤后的空气进行加热

[0049] 可以采用电加热器，将空气加热到250℃，维持该温度下；

[0050] 步骤3将该温度下的空气与一定浓度的气溶胶混合

[0051] 可以采用缓冲箱4进行空气和气溶胶的均匀混合，气溶胶的浓度控制在1g/m3。

[0052] 步骤4将步骤3后的混合气体引出，对引出的混合气体进行不同测点的参数测量；

[0053] 上述的缓冲箱4上可以加工出口，本实施例中在出口管道上设置9个测量点，测量气溶胶浓度，分别记为C1…C9。当然也可以增加测量点，以加强计算精度。测量点数量优选范围为8～15。

[0054] 如图1给出的上述9个测量点的分布的方式。

[0055] 出口管道上经过第一个直角弯管之后安装两个分流管道(即并联管路)，经过分流点后两管道又汇集在汇集点，分流点前段10cm处为第1个测量。

[0056] 在汇集点后管道上距离汇集点10cm处为第2个测量点。汇集点后的管道上安装第二个直角弯管，直角两边分为沿着XY方向，经过第二个直角弯管后的管道上安装有三通阀5，通过三通阀5安装竖直管道，该管道沿着Z方向。

[0057] 在XY所在平面，第二个直角弯管后端管路上距离直角弯管10cm处为第3个测量点。

[0058] 在XY所在平面，三通阀5前段管路距离三通阀10cm处为第4个测量点；

[0059] 在三通阀5沿着Z方向的管道上距离三通阀10cm处为第5个测量点；

[0060] Z方向的竖直管道上通过直角弯头连接沿着X方向的管道，在该段管道的两端距离前后直角弯头10cm处，分别为第6个测量点和第7个测量点。

[0061] XY平面上，在三通阀5沿着X方向的管路上，距离三通阀10cm处为第8个测量点，距离该段管路末端10cm处为第9个测量点。

[0062] 如图2所示，给出了每个测量点在管路截面的位置，测量点位于管理截面圆心处。

[0063] 步骤5、数据分析得出气溶胶在管道中的沉积率，即事故工况下气溶胶在事故排风系统中的沉积率

[0064]

[0065] 其中，C0为注入试验装置中的气溶胶初始质量浓度，Ci为在第i个测点测得的气溶胶的质量浓度。

[0066] 其中DFi代表从气溶胶入口处到该测量点这段管路中的气溶胶沉积率；

[0067] 气溶胶入口是指步骤4中混合气体引出管路的起始点。

[0068] 步骤6、计算DFi-DFj，得到不同测量点之间管路的气溶胶沉积率。

[0069] 其中j＝1,2…9，且j

[0070] 该方法中的设置的9个测量点可以得到不同位置之间的管路及结构件对气溶胶沉积率的影响。

[0071] 为了进一步分析得出气溶胶沉积率与管路直径之间的关系，可以在上述步骤4中引出多个管路，管路的直径大小不同，在各个管路上采用上述步骤4～6的方法测量得到每个管路对应的气溶胶沉积率，可以分析得到管路直径和气溶胶沉积率之间的关系。

[0072] 在测量中一般选取管路直径100～200mm。

[0073] 步骤4执行前，可以将蒸汽与气溶胶、加热后的空气三者一起混合；

[0074] 操作的时候，在缓冲箱上通过管道连接蒸汽发生器，使得蒸汽进入缓冲箱与洁净空气和气溶胶均匀混合。

[0075] 后续的测量步骤与步骤4～6一致，可以测量在不同的蒸汽份额下气溶胶沉积率，模拟出更为复杂的带有蒸汽的工况，测量得出此工况下气溶胶的沉积率。

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