[发明专利]一种热工自然循环实验中的流速测量装置及其方法

说明书

本发明公开了一种热工自然循环实验中的流速测量装置及其方法，属于测量设备领域。本发明提供的流速测量装置能够适用于热工自然循环实验装置中的低流速测定，该装置通过电解系统能将管路中的流体电解为H⁺和OH^‑，由于管路中的流体事先添加有酸碱变色指示剂，因此，在电解系统下游的管路中会出现两条不同颜色的迹线。为了使流速测量更加准确，本发明可以将电解系统外接脉冲电源，间隔一定时间对电极施加脉冲电压，从而获得不同长度段间隔出现的迹线段，以便于图像识别分辨。本发明通过图像识别技术，可直观检测到管道内流体的流速。本发明的流速测量装置能够方便的安装于热工自然循环实验装置中，不会流体温度的变化导致流速测量结果产生误差。

技术领域

本发明属于流速测量设备领域，具体涉及一种热工自然循环实验中的流速测量装置及其方法。

背景技术

热工自然循环实验主要用于模拟核反应堆中的自然循环过程。而自然循环是指在闭合回路里不依赖外界动力源，仅仅利用冷热流体之间的密度差和高低位差产生的驱动压力，克服沿程管道的局部阻力、摩擦阻力等之后，形成的一种循环流动。自然循环在核行业中有重要的应用，它不仅可以作为反应堆发生事故后的重要冷却手段，还可作为压水反应堆的一种主要循环冷却方式，减少系统对外界电源的依赖，提高反应堆的固有安全性。

自然循环装置中一般在环形管道上设有加热段和冷却段，加热段布置在低位，冷却段布置在高位，而冷却器的流体温度要低于加热段内的流体温度，因此高位的流体与低位的流体之间就形成了密度差，正是这种密度差在重力作用下驱动流体流动。但是这种密度差驱动的自然循环，其流速一般低于常规的流速测量设备的量程下限。在实际的反应堆中，可以通过特殊的高精度流速测量设备来实现其流速测量，但是此类测量设备的价格昂贵。对于实验室中的热工自然循环实验而言，应用此类特殊测量设备的成本过高。

因此，亟需针对热工自然循环实验提供一种低成本高精度的流速测量设备。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种适用于热工自然循环实验中的流速测量装置及其方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种热工自然循环实验中的流速测量装置，其包括第一电极、第二电极、直流电源、图像拍摄设备和数据处理装置；

所述第一电极和第二电极分别安装于测量管道的同一横截面处，在测量管道内两个电极保持间距；第一电极和第二电极分别连接至直流电源的正负极，构成用于对测量管道内的流体进行电解的电解系统；所述测量管道内的流体中含有酸碱指示剂，且在所述电解系统处于电解状态下，至少一个电极表面的pH能使酸碱指示剂变色，在管内流体中形成变色迹线段；

所述图像拍摄设备用于在所述电解系统电解状态下，以固定视角连续拍摄测量管道内两个电极所在位置及其下游的流体，获取连续图像帧；

所述数据处理装置用于对图像拍摄设备获取的连续图像帧进行处理，提取不同图像帧中同一变色迹线段的管内移动距离和拍摄时间差，换算为管内流体的流速。

作为优选，所述的直流电源的输出电压由电压控制器控制，使第一电极和第二电极的加载电压为脉冲电压。

进一步的，所述的脉冲电压的波形为方波，且相邻波的宽度不同。

作为优选，所述的图像拍摄设备为高速摄像机。

作为优选，所述的数据处理装置中，每一帧图像帧均通过图像分割，从背景中提取图像中的所有变色迹线段，并通过形态学比对从连续两帧图像中提取出同一变色迹线段，计算连续两帧图像中同一变色迹线段的同一个端点间距，将该间距除以两帧图像帧的时间戳之差，换算得到管内流体的流速。

作为优选，所述测量管道内的流体中含有一种或多种酸碱指示剂，能同时指示酸性和碱性，使第一电极和第二电极处各自形成一条变色迹线段。