[发明专利]甩负荷扰动下管束间两相流不稳定性与交变热应力研究试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种试验装置，具体地说是两相流试验装置。

背景技术

蒸汽发生器是核动力一、二回路进行换热的关键设备，其传热管壁厚仅为1mm左右，是一回路压力边界最薄弱的环节。船用核动力蒸汽发生器由于船舶机动性要求和汽轮机甩负荷条件的影响，运行功率变化频繁且幅度较大，蒸汽发生器流量多发生高频周期性波动，促使管壁温度热力型脉动，进而引发热应力的周期性交替变化，导致传热管应力破损。交变热应力不仅受汽液两相流流动不稳定性单独作用，还与沸腾危机、临界热负荷等传热恶化现象密切相关。当沸腾传热发生恶化时，传热管表面汽、液交替接触，导致换热系数急剧变化，引起热流密度大幅度振荡，传热管壁产生交变热应力，从而导致传热管应力破裂。在这种甩负荷扰动的运行条件下，船用蒸汽发生器传热管破损是常发事故。甩负荷扰动下蒸汽发生器传热管应力腐蚀破损的研究仍存在诸多问题，单纯二次侧应力腐蚀及晶间应力腐蚀实验与机理层面的研究不能从本质上揭示甩负荷引起的特定扰动下蒸汽发生器传热管破损机制，传热管破损的诱发机理亟待进一步探究。

目前，国内外学者对核电站甩负荷进行了研究，但是，研究主要集中在对陆基核电站负荷变化时，控制系统和调节系统随负荷变化的应变能力的验证，甩负荷对蒸汽发生器内的两相流动不稳定性与交变热应力的影响尚不清楚。越来越多的国内外专家认识到甩负荷特定扰动下蒸汽发生器二回路复杂的汽液两相流动不稳定性、沸腾传热恶化与交变热应力作用机制及规律等方面的研究是短缺的，而这些正是解析甩负荷扰动对传热管交变热应力作用规律、防止传热管应力破损及提高蒸汽发生器安全性的关键。然而，对甩负荷条件下的两相流动不稳定性和交变热应力的研究未见公开发表的文献，没有现成的可实现相关功能的实验装置。

本发明通过采用PLC系统控制的快开快关阀门实现不同做功方式甩负荷条件下两相流动不稳定性和交变热应力的研究。旨在揭示甩负荷扰动对蒸汽发生器汽液两相流动不稳定性、热力型脉动及交变热应力变化特征与影响因素，最终提出蒸汽发生器两相流不稳定性与传热管交变热应力预测模型与方法。

发明内容

本发明的目的在于提供揭示甩负荷扰动对蒸汽发生器汽液两相流动不稳定性、热力型脉动及交变热应力变化特征与影响因素的甩负荷扰动下管束间两相流不稳定性与交变热应力研究试验装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明甩负荷扰动下管束间两相流不稳定性与交变热应力研究试验装置，其特征是：包括实验段、预热器、冷凝器、汽水分离器、储水箱，预热器和汽水分离器分别与实验段的入口端和出口端连通，储水箱通过分别与冷凝器和预热器连通，汽水分离器与冷凝器和储水箱分别连通；实验段包括筒体和安装在筒体内的U型管束，实验段的入口端包括一次侧入口和二次侧入口，出口端包括汽水分离出口和一次侧出口，所述的一次侧入口与U型管的一端连通，一次侧出口与U型管的另一端相连通，从而形成一次侧回路，预热器与二次侧入口连通，汽水分离器与汽水分离出口连通，U型管与筒体之间形成二次侧流域，预热器、二次侧入口、二次侧流域、汽水分离出口、汽水分离器、冷凝器、预热器依次连通形成二次侧回路。

本发明还可以包括：

1、所述的U型管包括A类U型管和B类U型管，A类U型管上布置有测点，测点的位置包括：U型管的弯管顶点处以及该顶点的两侧各取一个截面，每个截面上各设置三个测点，在U型管的两个直管与弯管连接处各设置一个测点，在两个直管的中部各设置一个测点；测点均连接数据采集系统。

2、所述的U型管束包括8个U型管，采用正方形布置，其中包括3个A类U型管和5个B类U型管，U型管束的横截面组成圆形区域里，圆的一个直径上布置2个A类U型管，该直径上方位于圆的边缘处设置1个A类U型管，在该直径与该圆边缘处中间的横向位置处设置2个B类U型管，在直径下方对称布置有3个B类U型管。

3、筒体的上、中、下三个位置上设置引压孔，上、下引压孔安装压差传感器，中引压孔安装压力传感器，筒体上还装有液位传感器。

4、筒体的上引压孔下方和中引压孔下方均设置含汽率和表观流速测量设备。

5、预热器和二次侧入口之间的管路上依次安装Y型过滤器、孔板流量计；一次侧入口的入口管路上依次安装Y型过滤器、孔板流量计；汽水分离器和实验段之间的管路上安装自力式压力流量组合阀，自力式压力流量组合阀通过PLC控制系统调节。

本发明的优势在于：