[发明专利]一种基于折射率补偿的横向流场可视化测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种横向流场可视化测量系统及方法，特别是涉及一种基于折射率补偿的横向流场可视化测量系统及方法。

背景技术

常用压水堆燃料组件是棒束型燃料组件，由一定数量的圆柱形燃料棒按照一定的规则几何形状排列，竖直安装于核反应堆内，水作为冷却剂竖直向上流动冷却燃料棒束。棒束是细而长的金属棒，为减轻流致振动，需要在长棒束高度方向上安装固定和定位装置，即定位格架。定位格架上设计了搅混翼片，以加强棒束之间的横向流动，增强换热，提高经济性和安全性，因此，定位格架下游横向流场分布是一个核反应堆研究的关键问题。

目前，对定位格架下游流场的研究方法，主要是实验方法和计算流体力学模拟。现阶段，常用的流体力学模拟软件为CFD(计算流体动力学)，但CFD其中很多流体模型得到的仿真数据仍存在不合理的地方，并不完善，因此，必须结合实验结果来对CFD中的流体模型进行对比验证，并加以改进。实验普测量横向流场分布的方法为动态PIV(粒子图像测速法)方法，但在现有的实验系统中主要有两个因素影响了试验数据的精度从而影响了实验模拟结果：一是用于采集图像数据的高速摄像机的镜头导致的图像畸变，引入了数据标定结果的不确定性；二是冷却流体与模拟燃料棒束材料的折射率不同造成的系统误差。

其中，虽然冷却流体和模拟燃料棒束的材料可以分别采用NaI溶液与有机玻璃来补偿这种系统误差，但材料成本高且NaI溶液化学性质不稳定，不能长期保存。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是，如何改善用于采集图像数据的高速摄像机的镜头导致的图像畸变，和使用化学性质稳定成本更低的冷却流体以及与之折射率匹配的模拟燃料棒束的替代材料。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于折射率补偿的横向流场可视化测量系统，包括：

冷却流体；

流体循环系统，用于控制冷却流体工作状态并控制在所述冷却流体中加入可在激光照射下反光的示踪粒子的加入状态；

实验模拟系统，包括多个矩阵式分布的模拟燃料棒束；冷却流体通道，所述冷却流体通道的长度方向与所述模拟燃料棒束的长度方向一致，用于容纳所述模拟燃料棒束；所述冷却流体通道呈方形，两开放端处可固定所述模拟燃料棒束并允许所述冷却流体流经所述模拟燃料棒束与所述冷却流体通道间的空间；以及定位格架，用于定位所述模拟燃料棒束并加强所述冷却流体在所述模拟燃料棒束之间的横向流动；

光源系统，包括双脉冲激光器，用于向垂直于所述冷却流体通道长度方向的某一截面中提供双脉冲激光片光源；

相机系统，用于采集脉冲间隔内在所述片光源照射下的所述截面中横向流场的两帧或以上的图像；

计算机，用于读取所述图像并处理得出描绘所述横向流场的全部瞬时速度矢量；

像方远心系统，所述相机系统被配置为通过所述像方远心系统来采集所述图像。

进一步地，所述像方远心系统为望远镜；进一步地，所述冷却流体为水；所述模拟燃料棒束采用氟乙烯丙烯共聚物材料。

其中，氟乙烯丙烯共聚物材料的透光率为89％，折射率为1.338(25摄氏度)；水的折射率为1.333(25摄氏度)，两者折射率匹配效果极佳。

进一步地，所述模拟燃料棒束为实心棒束和/或空心棒束。

进一步地，所述模拟燃料棒束为直棒束和/或绕丝棒束，所述绕丝棒束为所述直棒束上缠绕有螺旋形定位丝。

进一步地，所述模拟燃料棒束的两端连接有不锈钢塞头，所述不锈钢塞头的外端部设置有连接螺栓，所述冷却流体通道的两开放端分别固定有支撑板，所述支撑板上设有矩阵式分布的螺纹孔，所述连接螺栓被配置为与所述螺纹孔相配合以使所述模拟燃料棒束固定于所述冷却流体通道腔体内。

其中，所述支撑板具有可使所述水流过的空隙。

进一步地，所述相机系统包括：

导轨；

第一导轨托架，所述第一导轨托架位于所述导轨上方且被设置为通过卡紧所述导轨来保持相对固定；

第二导轨托架，所述第二导轨托架位于所述导轨上方且被设置为通过卡紧所述导轨来保持相对固定；

第一剪式升降台，所述第一剪式升降台位于所述第一导轨托架上方且与所述第一导轨托架螺纹连接；

高速CCD相机，所述高速CCD相机位于所述第一导轨托架上方且与所述第一剪式升降台相连接；

第二剪式升降台组，所述第二剪式升降台组位于所述第一导轨托架下方且与所述第一导轨托架螺纹连接；