[發明專利]安全殼水膜覆蓋率的測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201610282205.2
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN105869688B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 黃善仿;雷興林;郭嘯宇
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G21C17/022
• 分類號: G21C17/022
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及反應堆安全技術領域，尤其涉及一種安全殼水膜覆蓋率的測量方法及裝置。

背景技術

大型先進壓水堆是我國反應堆技術發展的重要堆型，非能動安全殼冷卻系統(PCCS)的應用是先進壓水堆設計的主要特點之一，該系統在事故工況下防止安全殼壓力超過安全限值，安全殼的壓力高或溫度高信號自動觸發安全殼上方水箱的隔離閥動作，水箱內的常溫冷卻水經流量分配器分配后向鋼制安全殼噴灑。冷卻水依靠重力沿安全殼表面自上而下流動時形成水膜即液體薄膜流。

液體薄膜流作為一項高效的傳熱傳質技術被廣泛應用，其優點為流量小、溫差小、具有高傳熱傳質系數和熱流密度，特別是用來解決技術領域中遇到的高熱流密度下的換熱強化問題。非能動安全殼冷卻系統的水膜流動就是基于此原理，是安全殼的一項非常重要的冷卻措施，可在事故工況下較長時間內繼續降低安全殼的壓力和溫度。能否及時有效的冷卻安全殼直接影響到安全殼的完整性和對放射性物質的包容，也將影響堆芯冷卻系統等安全相關系統的正常功能，最終影響整個核電廠的安全。

隨著水箱水量慢慢減少，噴灑的水的流量會逐漸降低。水膜從安全殼穹頂向下流動，由于安全殼溫度較高，水膜在流動過程中達到飽和并且蒸發，流向安全殼圓柱體的冷卻水膜會越來越少，甚至干涸。水膜不能完全覆蓋安全殼表面。只有對水膜在安全殼上流動中的物理現象及其對實際工程應用產生的影響有深刻的認識和掌握，才能為設計大型先進壓水堆相關非能動安全殼冷卻系統提供基礎理論和技術支撐。

冷卻水在安全殼表面流動過程的各種物理特性研究中，需要測量的物理量主要包括水膜厚度，水膜的覆蓋率以及水膜的局部流量等等。在國內外研究中，目前對安全殼水膜覆蓋率測量，還沒有一個行之有效的方法，也沒有這方面的專利申請。美國西屋公司在研發AP600型反應堆的過程中進行了水膜試驗，通過施加不同速度的水流到試驗板上并采用不同的分配裝置，驗證了涂層Carbo Zinc 11良好的濕潤性以及圍堰裝置分配水膜的有效性。但試驗對形成的水膜也僅限于觀察，沒有測量水膜厚度以及覆蓋率。

相關技術的研究中，例如，對大尺度實驗體表面水膜覆蓋率進行了測量。采用工業CCD相機采集試驗體表面的圖像信息，傳輸給計算機后采用邊緣檢測算子，計算得到試驗體表面的液膜覆蓋率。但該方法對邊緣檢測算法的精度要求過高，測量不具有精確性和實時性等特點。再例如，獲得水膜覆蓋區和非覆蓋區界限比較明顯的熱圖后，通過計算機計算水膜覆蓋區和非覆蓋區的灰度數得到水膜覆蓋率。該方法具有明顯的缺點，如誤差率大、對紅外熱圖的拍攝要求苛刻、水膜數據采集不同步等。還有的采用十字激光定位儀測量水膜覆蓋率，在某一個實驗工況下，取6個不同高度水膜覆蓋率平均值計算，顯然測量方法同樣明顯的不具有精確性和實時性等特點。

發明內容

本發明的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術問題之一。

為此，本發明的第一個目的在于提出一種安全殼水膜覆蓋率的測量方法。該方法操作簡單，抗干擾性強，不受水的導電率及溫度的影響，進而獲取到精度高、誤差小的測量結果。

本發明的第二個目的在于提出了一種安全殼水膜覆蓋率的測量裝置。

為達上述目的，本發明第一方面實施例的安全殼水膜覆蓋率的測量方法，包括：將點陣式雙頭電容探針的金屬探頭介入安全殼水膜獲得m個電容值C，其中，m為正整數；將所述m個電容值C轉換為m個電壓信號，并通過閾值法對m個電壓信號所述處理輸出高電平1和低電平0；根據所述高電平1的個數占所述高電平1和低電平0的全部個數的百分比判斷安全殼水膜覆蓋率。

本發明實施例的安全殼水膜覆蓋率的測量方法，首先將點陣式雙頭電容探針的金屬探頭介入安全殼水膜獲得m個電容值C，接著將m個電容值C轉換為m個電壓信號，并通過閾值法對m個電壓信號處理輸出高電平1和低電平0，最后根據高電平1的個數占高電平1和低電平0的全部個數的百分比判斷安全殼水膜覆蓋率。該方法操作簡單，抗干擾性強，不受水的導電率及溫度的影響，進而獲取到精度高、誤差小的測量結果。

在一些示例中，所述電容值C與實際待測電容C_測通過得到，其中，C_測為測量電路的固定電容，C為儀表測量電容值結果，R為測量電路的固定電阻，ω為電容的采樣頻率。

在一些示例中，所述高電平1表示所述安全殼有水膜覆蓋；所述低電平0表示所述安全殼沒有水膜覆蓋。