[發明專利]一種熱工自然循環實驗中的流速測量裝置及其方法

在審

• 申請號: 202011443836.0
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112526161A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 傅晟威;陳玉清;陳少慶
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01P5/20
• 分類號: G01P5/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種熱工自然循環實驗中的流速測量裝置及其方法，屬于測量設備領域。本發明提供的流速測量裝置能夠適用于熱工自然循環實驗裝置中的低流速測定，該裝置通過電解系統能將管路中的流體電解為H⁺和OH^?，由于管路中的流體事先添加有酸堿變色指示劑，因此，在電解系統下游的管路中會出現兩條不同顏色的跡線。為了使流速測量更加準確，本發明可以將電解系統外接脈沖電源，間隔一定時間對電極施加脈沖電壓，從而獲得不同長度段間隔出現的跡線段，以便于圖像識別分辨。本發明通過圖像識別技術，可直觀檢測到管道內流體的流速。本發明的流速測量裝置能夠方便的安裝于熱工自然循環實驗裝置中，不會流體溫度的變化導致流速測量結果產生誤差。

技術領域

本發明屬于流速測量設備領域，具體涉及一種熱工自然循環實驗中的流速測量裝置及其方法。

背景技術

熱工自然循環實驗主要用于模擬核反應堆中的自然循環過程。而自然循環是指在閉合回路里不依賴外界動力源，僅僅利用冷熱流體之間的密度差和高低位差產生的驅動壓力，克服沿程管道的局部阻力、摩擦阻力等之后，形成的一種循環流動。自然循環在核行業中有重要的應用，它不僅可以作為反應堆發生事故后的重要冷卻手段，還可作為壓水反應堆的一種主要循環冷卻方式，減少系統對外界電源的依賴，提高反應堆的固有安全性。

自然循環裝置中一般在環形管道上設有加熱段和冷卻段，加熱段布置在低位，冷卻段布置在高位，而冷卻器的流體溫度要低于加熱段內的流體溫度，因此高位的流體與低位的流體之間就形成了密度差，正是這種密度差在重力作用下驅動流體流動。但是這種密度差驅動的自然循環，其流速一般低于常規的流速測量設備的量程下限。在實際的反應堆中，可以通過特殊的高精度流速測量設備來實現其流速測量，但是此類測量設備的價格昂貴。對于實驗室中的熱工自然循環實驗而言，應用此類特殊測量設備的成本過高。

因此，亟需針對熱工自然循環實驗提供一種低成本高精度的流速測量設備。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中存在的問題，并提供一種適用于熱工自然循環實驗中的流速測量裝置及其方法。

本發明所采用的具體技術方案如下：

第一方面，本發明提供了一種熱工自然循環實驗中的流速測量裝置，其包括第一電極、第二電極、直流電源、圖像拍攝設備和數據處理裝置；

所述第一電極和第二電極分別安裝于測量管道的同一橫截面處，在測量管道內兩個電極保持間距；第一電極和第二電極分別連接至直流電源的正負極，構成用于對測量管道內的流體進行電解的電解系統；所述測量管道內的流體中含有酸堿指示劑，且在所述電解系統處于電解狀態下，至少一個電極表面的pH能使酸堿指示劑變色，在管內流體中形成變色跡線段；

所述圖像拍攝設備用于在所述電解系統電解狀態下，以固定視角連續拍攝測量管道內兩個電極所在位置及其下游的流體，獲取連續圖像幀；

所述數據處理裝置用于對圖像拍攝設備獲取的連續圖像幀進行處理，提取不同圖像幀中同一變色跡線段的管內移動距離和拍攝時間差，換算為管內流體的流速。

作為優選，所述的直流電源的輸出電壓由電壓控制器控制，使第一電極和第二電極的加載電壓為脈沖電壓。

進一步的，所述的脈沖電壓的波形為方波，且相鄰波的寬度不同。

作為優選，所述的圖像拍攝設備為高速攝像機。

作為優選，所述的數據處理裝置中，每一幀圖像幀均通過圖像分割，從背景中提取圖像中的所有變色跡線段，并通過形態學比對從連續兩幀圖像中提取出同一變色跡線段，計算連續兩幀圖像中同一變色跡線段的同一個端點間距，將該間距除以兩幀圖像幀的時間戳之差，換算得到管內流體的流速。

作為優選，所述測量管道內的流體中含有一種或多種酸堿指示劑，能同時指示酸性和堿性，使第一電極和第二電極處各自形成一條變色跡線段。