[发明专利]一种可伸缩的棒束通道多物理场可视化本体设计

说明书

技术领域

本发明属于反应堆热工水力学技术领域，具体涉及应用于棒束通道内速度、浓度和温度的多物理场信息测量的一种可伸缩的棒束通道多物理场可视化本体设计。

背景技术

燃料组件是压水堆堆芯的重要部分，其内部流动传热特性是反应堆堆芯热工水力学的重要研究课题。核电站用压水堆通常采用棒状燃料组件，其传热流动特性受定位格架影响较大。由于定位格架的存在，组件内流动搅混效果会增强，燃料间隙内流体产生横向流动和涡流，增强了堆芯的强化换热过程，提高了堆芯的临界热流密度值，对堆芯传热特性有着极为重要影响的，所以对棒束通道内各种物理场特性的研究就尤为重要。由于定位格架结构复杂，数值模拟不能精确得出燃料组件内的各物理场信息，因此开展相关的实验研究就具备了必要性。由于测量技术和方法的限制，反应堆堆芯热工水力问题的早期研究集中在压降测量上，通过压降测量的方法进行格架设计的改进。随着先进测量技术的发展，出现了激光多普勒测速技术，可以获取棒束通道内单点速度信息，但不足以获取流场信息。随着粒子成像测速法的普及，可以获取棒束通道内的流场信息，实现速度场的无干扰测量。Elvis E.Dominguez-Ontiveros(Experimental benchmark data for PWR rod bundle with spacer-grids)设计实验方案，实现了棒束通道内局部纵截面速度场的测量。在横截面速度场的测量上，Mcclusky Heather L(Mapping of the Lateral Fl ow Field in Typical Subchannels of a Support Grid With Vanes)获取了单通道内的流场信息，但由于实验方案和本体设计上的缺陷未能实现全场的测量。张君毅(一种棒束通道全透明可视化实验装置)设计了一种可应用于高压实验条件下的实验本体设计，但考虑承压问题以后，本体观测上存在不便，并未真正的实现完全透明，且无法观测横截面的流场信息，不能实现温度场的测量。为开展更为广泛的实验研究，设计一种一次性实现多通道、多物理场的可视化实验本体是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供结构简单紧凑，易于加工，方面观测、实验范围广泛的一种可伸缩的棒束通道多物理场可视化本体设计。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

本发明提供的是一种棒束通道流动传热信息多角度拍摄的本体设计，通过激光诊断技术可实现棒束通道内速度、浓度和温度分布的多方位拍摄，实现横、纵截面的全面拍摄。纵截面的拍摄通过可视化本体筒体实现，可实现各定位格架上下游周向四面的全面拍摄，通过调节激光位置可实现穿棒拍摄、不同纵向流道拍摄。横截面的拍摄通过可视化上封头和棒束紧固件实现，上封头采用全透明有机玻璃制成，棒束紧固件不仅可纵向拉直棒束，还可实现棒束的遮掩，使拍摄内容仅为通道信息，无棒束干扰，且便于后处理，可视化上封头的设计决定了可通过相机焦距调节实现单通道、多通道和全通道的无扰动测量。下部过渡段的设计可缓解温度场测量中因加热棒受热伸长所施加给本体的应力，保证本体安全可靠。

特别地，

可视化本体筒体为有机玻璃制成，四个侧面均可拍摄，全通道任意棒间、任意高度均可拍摄，可全方位研究定位格架对通道内流动传热的影响，在观测效果上与开设观察槽的实验本体有本质区别。

可视化上封头由全透明的有机玻璃组成，可保证流道的全视野拍摄，棒束紧固件可遮掩棒束，使呈现在高速摄像机视野内的仅为流通通道，且为全场流动通道，可实现单通道、多通道、全通道横截面的拍摄，较以往的横截面拍摄只能拍摄单通道或者单棒周围的效果更好。

可视化棒束为氟化乙烯丙烯共聚物材料，该材料在水中具有较好的光学性能，不会产生折射率畸变，不会对拍摄效果产生影响，激光不会产生散射、衍射、折射、反射等现象。

为氟化乙烯丙烯共聚物是软性材料，通过热水浴软化，冷水浴塑型可以消除软管应力，将弯曲的棒束初步拉直，棒束紧固件和法兰盘可将棒束进一步拉直，保证棒束之间相互平行、符合排列标准，不会互相干扰，不影响实验拍摄，使通道内的流动情况真实可靠。

下部过渡段是具备伸缩性能的波纹管，在测温实验中加热棒升温膨胀，本体上下连接部分受力较大，有机玻璃粘黏部分易崩裂，下部过渡段可缓冲本体受力，保证本体安全可靠。

本发明的有益效果在于：