[發(fā)明專利]一種高溫高壓水氣流體效應(yīng)模擬裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711104712.8
• 申請(qǐng)日: 2017-11-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107907301B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志光;馬志偉;姚存峰;劉超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 夏艷

本發(fā)明屬于反應(yīng)堆模擬技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種高溫高壓水氣流體效應(yīng)模擬裝置，設(shè)置有：去離子水制備及氧控系統(tǒng)、加熱與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)；去離子水制備及氧控系統(tǒng)與加熱與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)不銹鋼管件、管接頭、閥門連通，形成介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)回路；數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)通過(guò)通訊轉(zhuǎn)接卡將布置在回路各處的測(cè)試儀表、探頭采集的數(shù)據(jù)信號(hào)匯集至計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)回路的監(jiān)測(cè)與控制。本發(fā)明的高溫高壓水氣流體效應(yīng)模擬裝置通過(guò)新的加熱方式極大地提高了加熱效率，顯著降低了能耗，縮小了裝置體積；霧化噴嘴、濕度計(jì)、熱電偶、觀察窗的配合使用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水/水蒸氣相變過(guò)程與狀態(tài)的研究，以及在此過(guò)程中伴隨的傳熱效率、傳熱惡化規(guī)律的研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于反應(yīng)堆模擬技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高溫高壓水氣流體效應(yīng)模擬裝置。

背景技術(shù)

核電及核電動(dòng)力裝置多采用壓水堆，壓水堆中水回路的傳熱效率、傳熱穩(wěn)定性及蒸汽的流速和狀態(tài)對(duì)反應(yīng)堆的熱交換至關(guān)重要，與此相關(guān)的水回路熱工水力研究是核能設(shè)施建造必不可少的工作，對(duì)核能的發(fā)展具有重要的意義。因?yàn)殡y以對(duì)全尺寸的反應(yīng)堆系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)下通常對(duì)原型系統(tǒng)縮小比例模化，建造實(shí)驗(yàn)臺(tái)架對(duì)反應(yīng)堆系統(tǒng)裝置進(jìn)行廣泛的熱工水力模擬研究。對(duì)于壓水堆各系統(tǒng)間傳熱流動(dòng)的相互影響規(guī)律研究，一般搭建高溫高壓水循環(huán)回路，模擬在高溫高壓環(huán)境工況下水循環(huán)介質(zhì)的換熱效率、傳熱惡化規(guī)律，液態(tài)水-水蒸氣相態(tài)的變化對(duì)傳熱穩(wěn)定性的影響。目前，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)搭建了很多高溫高壓水循環(huán)回路模擬裝置，例如：印度巴巴原子中心的超臨界實(shí)驗(yàn)裝置；上海交通大學(xué)的超臨界實(shí)驗(yàn)回路(王磊.垂直管道內(nèi)超臨界水傳熱特性研究[D]上海交通大學(xué),2012.)；中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院的超臨界水自然循環(huán)系統(tǒng)。但這些裝置及相關(guān)的研究均沒(méi)有考慮蒸汽流速、蒸汽狀態(tài)、液態(tài)水-水蒸氣相態(tài)的變化對(duì)傳熱穩(wěn)定性的影響，并且要對(duì)實(shí)驗(yàn)介質(zhì)加熱至較高溫度時(shí)(比如700℃)一般采用分段式加熱方式，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)時(shí)需要消耗非常高的熱能，裝置體積非常龐大。已有裝置無(wú)法遠(yuǎn)程控制，在高溫高壓危險(xiǎn)環(huán)境下實(shí)驗(yàn)操作人員的安全得不到保障。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題是：目前國(guó)內(nèi)外的高溫高壓水循環(huán)回路模擬裝置在溫度梯度為0-700℃時(shí)因消耗非常高的熱能，而為增加換熱面積與延長(zhǎng)換熱時(shí)間，一般會(huì)增加裝置的體積與長(zhǎng)度，使得裝置體積非常龐大。另外，現(xiàn)有類似的高溫高壓水氣循環(huán)回路，不管是高溫高壓水氧化裝置還是水腐蝕回路，蒸汽流速都比較低(幾乎準(zhǔn)靜態(tài))，一種模擬在高流速下高溫高壓水氣換熱工況的裝置還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高溫高壓水氣流體效應(yīng)模擬裝置。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，所述高溫高壓水氣流體效應(yīng)模擬裝置設(shè)置有：去離子水制備及氧控系統(tǒng)，為實(shí)驗(yàn)制備去離子水，并對(duì)去離子水進(jìn)行氧控；加熱與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將室溫去離子水加熱至設(shè)定溫度，在不同壓力、不同流速下測(cè)試換熱效率與水/氣相變規(guī)律；數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，利用探頭采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用軟件與物理鍵結(jié)合的方式控制裝置的運(yùn)行參數(shù)；所述高溫高壓水氣流體效應(yīng)模擬裝置為一個(gè)高溫高壓水氣循環(huán)回路，經(jīng)去離子水制備及氧控系統(tǒng)處理的純水由柱塞泵打入加熱與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)段出水經(jīng)水冷機(jī)和低溫浴槽冷卻至室溫，返回至去離子水制備及氧控系統(tǒng)進(jìn)行再循環(huán)。

所述去離子水制備及氧控系統(tǒng)與所述加熱與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)不銹鋼管件、管接頭、閥門連通，形成介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)回路；

所述數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)通過(guò)通訊轉(zhuǎn)接卡將布置在回路各處的測(cè)試儀表、探頭采集的數(shù)據(jù)信號(hào)匯集至計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)回路的監(jiān)測(cè)與控制。

進(jìn)一步，所述去離子水制備及氧控系統(tǒng)包括：去離子水制備裝置；

水源設(shè)置在去離子水制備裝置的入口端，去離子水制備裝置通過(guò)管道連接去離子水箱，去離子水制備裝置與去離子水箱的管道上安裝有pH計(jì)、電導(dǎo)率儀，去離子水箱上安裝有真空泵、氮?dú)馄俊怏w質(zhì)量流量控制器，氣體質(zhì)量流量控制器通過(guò)溶氧儀表連接溶氧電極，溶氧電極通過(guò)管道連接高壓柱塞泵。

進(jìn)一步，所述加熱與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括：預(yù)熱器；