本發(fā)明涉及一種棒束通道溫度場測量可視化實驗系統(tǒng)，屬于流體力學(xué)、反應(yīng)堆熱工水力學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

對壓水堆堆芯而言，棒束燃料組件是基本的燃料組件形式，因此棒束通道內(nèi)的熱工水力特性對反應(yīng)堆安全性和經(jīng)濟性起著重要的作用，有助于防止堆芯的局部過熱，降低DNB發(fā)生的機率，國內(nèi)外對棒束通道內(nèi)的溫度分布及換熱特性做了大量研究。傳統(tǒng)的實驗研究方法是采用熱電偶獲取棒束通道內(nèi)的溫度分布，從而對棒束通道內(nèi)的換熱特性進(jìn)行分析。但是這種方法需要在棒束通道內(nèi)布置較多的熱電偶，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的棒束通道，布置熱電偶嚴(yán)重干擾了內(nèi)部流場的流動形式，破壞了渦流等二次流流動特性，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確的獲得攪混裝置下游的溫度場分布。因此為了對棒束通道內(nèi)溫度場進(jìn)行實時、全場、無擾的測量，采用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)對棒束通道溫度場進(jìn)行測量是十分有必要的，目前有學(xué)者采用該技術(shù)對矩形、圓管等通道進(jìn)行了溫度場測量，由于矩形、圓管等通道結(jié)構(gòu)簡單，實驗系統(tǒng)布置簡單，無需采用復(fù)雜的標(biāo)定技術(shù)和光路布置等，而對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的棒束通道而言，有必要設(shè)計一種用于模擬棒束通道溫度場測量的可視化實驗系統(tǒng)，運用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)獲得棒束通道內(nèi)全場的溫度分布。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種棒束通道溫度場測量可視化實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度實時、全場、無干擾的測量，該系統(tǒng)操作方便，測量數(shù)據(jù)精確，應(yīng)用范圍廣泛。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：在循環(huán)水箱側(cè)面出口依次連接第一閥門、離心泵、三通閥門、第二閥門、流量計、過濾器后與棒束通道的下端連接，棒束通道上端通過管路與循環(huán)水箱上端連通且在連接管路上設(shè)置有出口溫度計，在流量計與過濾器之間的管路上設(shè)置有入口溫度計和壓力表，三通閥門的第三端通過管路連接旁通閥門后與循環(huán)水箱上端連通，循環(huán)水箱內(nèi)還設(shè)置有預(yù)熱器和換熱器，所述棒束通道內(nèi)的上下兩端分別設(shè)置有一塊銅板，兩塊銅板之間設(shè)置有加熱棒，所述棒束通道內(nèi)均勻設(shè)置有棒束，且棒束的兩端通過法蘭與棒束通道連接，且加熱棒位于棒束之間，位于下端的銅板上安裝有連接塊，連接塊與位于下端的法蘭之間設(shè)置有彈簧，所述棒束通道內(nèi)的中上部設(shè)置有熱電偶載體，熱電偶載體上設(shè)置有熱電偶。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.還包括由電動三維移動平臺和安裝在電動三維移動平臺上的激光器組成的光路系統(tǒng)。

2.還包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括分光鏡、兩個高速攝像儀、同時與兩個高速攝像儀連接的同步器、采集器和電腦，所述出口溫度計、入口溫度計、壓力表、流量計均與采集器連接，所述激光器發(fā)出的激光片光穿過棒束通道并形成測量平面，同時激發(fā)出的熒光通過分光鏡被兩個高速攝影儀采集，通過電腦記錄兩個高速攝影儀采集的數(shù)據(jù)。

3.所述棒束通過設(shè)置在棒束通道內(nèi)的定位格架固定。

4.所述棒束通道、熱電偶載體的材料均是有機玻璃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明采用可視化棒束結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)在棒束這種復(fù)雜通道中的技術(shù)應(yīng)用，滿足溫度的實時、全場、無擾的精確測量；(2)加熱組件能實現(xiàn)對加熱棒的固定，在銅板上安放彈簧，通過彈簧的伸縮性能將連接塊頂靠在銅板上，防止由于實驗過程中加熱棒的膨脹收縮導(dǎo)致連接塊的脫離，保證加熱棒、連接塊以及銅板的緊密連接；(3)在溫度標(biāo)定過程中，采用有機玻璃加工的熱電偶載體，能保證較高的透明度和結(jié)構(gòu)強度，防止熱電偶的震動，該載體可固定在不同的高度，實現(xiàn)對不同高度區(qū)域的溫度標(biāo)定，同時載體對棒束通道侵占較小，保證激光的穿透，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確的溫度標(biāo)定；(4)在加熱過程中，熱電偶載體被取出，由加熱組件進(jìn)行加熱，兩臺高速攝影儀由高精度電動三維移動平臺來精確定位，由同步器控制兩臺高速攝影儀進(jìn)行拍攝，獲取不同截面和高度的實驗數(shù)據(jù)；(5)進(jìn)一步的，基于兩臺高速攝影儀獲取的圖像在時間、空間上的準(zhǔn)確匹配，從而實現(xiàn)高精度的溫度全場測量，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的光路示意圖；

圖3是本發(fā)明的棒束通道的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供的是一種用于模擬棒束通道溫度場實時、全場測量的可視化實驗測量系統(tǒng)，結(jié)合圖1，本發(fā)明包括流動回路、實驗臺架、光學(xué)回路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四個部分。流動回路中的主要設(shè)備包括循環(huán)水箱1、第一閥門2、離心泵3、三通閥門4、第二閥門5、流量計6、入口溫度計7和壓力表8、過濾器9、出口溫度計10、旁通閥門11、預(yù)熱器12以及換熱器13，是實驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，用以實現(xiàn)工質(zhì)的單相循環(huán)流動，其中水箱內(nèi)部儲存著熒光染色劑，預(yù)熱器和換熱器放在水箱內(nèi)部，離心泵位于水箱的下游，為工質(zhì)在整個系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)提供動力，三通閥門、第二閥門、壓力表、流量計、入口溫度計、過濾器、出口溫度計依次布置在離心泵后方，實現(xiàn)流動回路流量、壓力以及溫度的測量，同時過濾器能過濾雜質(zhì)，保證進(jìn)入實驗本體的工質(zhì)的純凈度。實驗臺架主要包括棒束通道15、安裝在本體內(nèi)部的可視化棒束22、加熱棒23、銅板24、熱電偶載體25、固定棒束的定位格架26、彈簧27、連接塊28、熱電偶31，用來放置實驗本體，模擬反應(yīng)堆棒束通道的幾何結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)溫度的標(biāo)定與全場測量。光學(xué)回路主要包括激光器29、電動三維移動平臺30，用來產(chǎn)生激光片光，激光發(fā)射器發(fā)出的激光經(jīng)過整型后，形成窄片光，通過電動三維移動平臺，可以實現(xiàn)激光片光的準(zhǔn)確定位，實現(xiàn)激光發(fā)射器的三維運動在0.1毫米量級內(nèi)，保證激光平面位置的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括電腦14、分光鏡16、第一高速攝影儀17、電動三維移動平臺18、第二高速攝影儀19、同步器20、采集系統(tǒng)21，用來精確記錄實驗數(shù)據(jù)和參數(shù)激發(fā)的熒光通過分光鏡，被垂直布置的第一高速攝影儀和第二高速攝影儀捕獲，并將數(shù)據(jù)傳送至電腦；所述溫度計、壓力表、流量計和熱電偶均與采集器連接。

將上述各個部件進(jìn)行連接即可完成實驗系統(tǒng)的搭建，實驗時，在離心泵3的驅(qū)動下將工質(zhì)充滿整個流動回路，并通過閥門2、4、5、11的開度來調(diào)節(jié)流量，并通過流量計6、溫度計7、10以及壓力表8記錄實驗參數(shù)，通過調(diào)節(jié)光路系統(tǒng)和實驗臺架使激光片光穿過棒束通道，利用電動三維移動平臺18對高速攝影儀17、19進(jìn)行精確定位，獲取測量區(qū)域的圖像，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X14存儲。本發(fā)明可以實現(xiàn)棒束通道溫度場的實時、全場、無擾的測量，操作方便，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

進(jìn)一步地，熱電偶載體采用透明的有機玻璃加工制作，既能保證結(jié)構(gòu)強度，同時還能保證透明度，使激光能夠穿過，載體能防止熱電偶在流動工況下的震動，同時保證載體不隨工質(zhì)的流動發(fā)生滑移。

進(jìn)一步地，加熱方式采用加熱棒、彈簧、銅板和連接塊組合的形式，不但能夠固定加熱棒，還可以通過彈簧的伸縮性將連接塊頂靠在銅板上，保證各部件的緊密連接。

進(jìn)一步地，兩臺高速攝影儀通過高精度電動三維移動平臺，并通過同步器觸發(fā)信號，實現(xiàn)同時拍攝，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

結(jié)合圖2，在本發(fā)明中，激光器29發(fā)出的激光片光穿過棒束通道，形成測量平面，同時激發(fā)出的熒光通過分光16被兩臺高速攝影儀采集，并通過電腦14記錄，以便后期處理分析。

結(jié)合圖3，可視化的棒束通道15由有機玻璃加工而成，兩端通過法蘭連接，可視化棒束22放在通道內(nèi)，由定位格架26固定，同時加熱棒23放置在棒束通道內(nèi)，上端由銅板24固定，下端通過彈簧27、銅板24和連接塊28緊密連接，同時上下兩端起到導(dǎo)通電流的作用，熱電偶載體25布置在定位格架的下游，對熱電偶31準(zhǔn)確定位，同時保證在工質(zhì)流過棒束通道時，對熱電偶起到固定和支撐的作用，防止熱電偶由于工質(zhì)的沖擊而發(fā)生震動。