[發明專利]一種高溫高壓水氣流體效應模擬裝置

有效

• 申請號: 201711104712.8
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107907301B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 王志光;馬志偉;姚存峰;劉超
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 夏艷

本發明屬于反應堆模擬技術領域，公開了一種高溫高壓水氣流體效應模擬裝置，設置有：去離子水制備及氧控系統、加熱與實驗系統、數據采集與控制系統；去離子水制備及氧控系統與加熱與實驗系統通過不銹鋼管件、管接頭、閥門連通，形成介質循環流動回路；數據采集與控制系統通過通訊轉接卡將布置在回路各處的測試儀表、探頭采集的數據信號匯集至計算機，實現對回路的監測與控制。本發明的高溫高壓水氣流體效應模擬裝置通過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、熱電偶、觀察窗的配合使用，實現了對水/水蒸氣相變過程與狀態的研究，以及在此過程中伴隨的傳熱效率、傳熱惡化規律的研究。

技術領域

本發明屬于反應堆模擬技術領域，尤其涉及一種高溫高壓水氣流體效應模擬裝置。

背景技術

核電及核電動力裝置多采用壓水堆，壓水堆中水回路的傳熱效率、傳熱穩定性及蒸汽的流速和狀態對反應堆的熱交換至關重要，與此相關的水回路熱工水力研究是核能設施建造必不可少的工作，對核能的發展具有重要的意義。因為難以對全尺寸的反應堆系統進行實驗，當下通常對原型系統縮小比例模化，建造實驗臺架對反應堆系統裝置進行廣泛的熱工水力模擬研究。對于壓水堆各系統間傳熱流動的相互影響規律研究，一般搭建高溫高壓水循環回路，模擬在高溫高壓環境工況下水循環介質的換熱效率、傳熱惡化規律，液態水-水蒸氣相態的變化對傳熱穩定性的影響。目前，國內外研究機構搭建了很多高溫高壓水循環回路模擬裝置，例如：印度巴巴原子中心的超臨界實驗裝置；上海交通大學的超臨界實驗回路(王磊.垂直管道內超臨界水傳熱特性研究[D]上海交通大學,2012.)；中國核動力研究設計院的超臨界水自然循環系統。但這些裝置及相關的研究均沒有考慮蒸汽流速、蒸汽狀態、液態水-水蒸氣相態的變化對傳熱穩定性的影響，并且要對實驗介質加熱至較高溫度時(比如700℃)一般采用分段式加熱方式，導致實驗時需要消耗非常高的熱能，裝置體積非常龐大。已有裝置無法遠程控制，在高溫高壓危險環境下實驗操作人員的安全得不到保障。

綜上所述，現有技術存在的問題是：目前國內外的高溫高壓水循環回路模擬裝置在溫度梯度為0-700℃時因消耗非常高的熱能，而為增加換熱面積與延長換熱時間，一般會增加裝置的體積與長度，使得裝置體積非常龐大。另外，現有類似的高溫高壓水氣循環回路，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(幾乎準靜態)，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報道。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種高溫高壓水氣流體效應模擬裝置。

本發明是這樣實現的，所述高溫高壓水氣流體效應模擬裝置設置有：去離子水制備及氧控系統，為實驗制備去離子水，并對去離子水進行氧控；加熱與實驗系統，將室溫去離子水加熱至設定溫度，在不同壓力、不同流速下測試換熱效率與水/氣相變規律；數據采集與控制系統，利用探頭采集實驗數據，利用軟件與物理鍵結合的方式控制裝置的運行參數；所述高溫高壓水氣流體效應模擬裝置為一個高溫高壓水氣循環回路，經去離子水制備及氧控系統處理的純水由柱塞泵打入加熱與實驗系統進行實驗，實驗段出水經水冷機和低溫浴槽冷卻至室溫，返回至去離子水制備及氧控系統進行再循環。

所述去離子水制備及氧控系統與所述加熱與實驗系統通過不銹鋼管件、管接頭、閥門連通，形成介質循環流動回路；

所述數據采集與控制系統通過通訊轉接卡將布置在回路各處的測試儀表、探頭采集的數據信號匯集至計算機，實現對回路的監測與控制。

進一步，所述去離子水制備及氧控系統包括：去離子水制備裝置；

水源設置在去離子水制備裝置的入口端，去離子水制備裝置通過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、電導率儀，去離子水箱上安裝有真空泵、氮氣瓶、氣體質量流量控制器，氣體質量流量控制器通過溶氧儀表連接溶氧電極，溶氧電極通過管道連接高壓柱塞泵。

進一步，所述加熱與實驗系統包括：預熱器；