[发明专利]一种高温高压水气流体效应模拟装置

说明书

本发明属于反应堆模拟技术领域，公开了一种高温高压水气流体效应模拟装置，设置有：去离子水制备及氧控系统、加热与实验系统、数据采集与控制系统；去离子水制备及氧控系统与加热与实验系统通过不锈钢管件、管接头、阀门连通，形成介质循环流动回路；数据采集与控制系统通过通讯转接卡将布置在回路各处的测试仪表、探头采集的数据信号汇集至计算机，实现对回路的监测与控制。本发明的高温高压水气流体效应模拟装置通过新的加热方式极大地提高了加热效率，显著降低了能耗，缩小了装置体积；雾化喷嘴、湿度计、热电偶、观察窗的配合使用，实现了对水/水蒸气相变过程与状态的研究，以及在此过程中伴随的传热效率、传热恶化规律的研究。

技术领域

本发明属于反应堆模拟技术领域，尤其涉及一种高温高压水气流体效应模拟装置。

背景技术

核电及核电动力装置多采用压水堆，压水堆中水回路的传热效率、传热稳定性及蒸汽的流速和状态对反应堆的热交换至关重要，与此相关的水回路热工水力研究是核能设施建造必不可少的工作，对核能的发展具有重要的意义。因为难以对全尺寸的反应堆系统进行实验，当下通常对原型系统缩小比例模化，建造实验台架对反应堆系统装置进行广泛的热工水力模拟研究。对于压水堆各系统间传热流动的相互影响规律研究，一般搭建高温高压水循环回路，模拟在高温高压环境工况下水循环介质的换热效率、传热恶化规律，液态水-水蒸气相态的变化对传热稳定性的影响。目前，国内外研究机构搭建了很多高温高压水循环回路模拟装置，例如：印度巴巴原子中心的超临界实验装置；上海交通大学的超临界实验回路(王磊.垂直管道内超临界水传热特性研究[D]上海交通大学,2012.)；中国核动力研究设计院的超临界水自然循环系统。但这些装置及相关的研究均没有考虑蒸汽流速、蒸汽状态、液态水-水蒸气相态的变化对传热稳定性的影响，并且要对实验介质加热至较高温度时(比如700℃)一般采用分段式加热方式，导致实验时需要消耗非常高的热能，装置体积非常庞大。已有装置无法远程控制，在高温高压危险环境下实验操作人员的安全得不到保障。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前国内外的高温高压水循环回路模拟装置在温度梯度为0-700℃时因消耗非常高的热能，而为增加换热面积与延长换热时间，一般会增加装置的体积与长度，使得装置体积非常庞大。另外，现有类似的高温高压水气循环回路，不管是高温高压水氧化装置还是水腐蚀回路，蒸汽流速都比较低(几乎准静态)，一种模拟在高流速下高温高压水气换热工况的装置还未见报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高温高压水气流体效应模拟装置。

本发明是这样实现的，所述高温高压水气流体效应模拟装置设置有：去离子水制备及氧控系统，为实验制备去离子水，并对去离子水进行氧控；加热与实验系统，将室温去离子水加热至设定温度，在不同压力、不同流速下测试换热效率与水/气相变规律；数据采集与控制系统，利用探头采集实验数据，利用软件与物理键结合的方式控制装置的运行参数；所述高温高压水气流体效应模拟装置为一个高温高压水气循环回路，经去离子水制备及氧控系统处理的纯水由柱塞泵打入加热与实验系统进行实验，实验段出水经水冷机和低温浴槽冷却至室温，返回至去离子水制备及氧控系统进行再循环。

所述去离子水制备及氧控系统与所述加热与实验系统通过不锈钢管件、管接头、阀门连通，形成介质循环流动回路；

所述数据采集与控制系统通过通讯转接卡将布置在回路各处的测试仪表、探头采集的数据信号汇集至计算机，实现对回路的监测与控制。

进一步，所述去离子水制备及氧控系统包括：去离子水制备装置；

水源设置在去离子水制备装置的入口端，去离子水制备装置通过管道连接去离子水箱，去离子水制备装置与去离子水箱的管道上安装有pH计、电导率仪，去离子水箱上安装有真空泵、氮气瓶、气体质量流量控制器，气体质量流量控制器通过溶氧仪表连接溶氧电极，溶氧电极通过管道连接高压柱塞泵。

进一步，所述加热与实验系统包括：预热器；