[发明专利]一种棒束通道全透明可视化实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及压力容器设备领域，具体地，涉及一种棒束通道全透明可视化实验装置。

背景技术

燃料组件是核电站的核心部件之一，在反应堆运行过程中，燃料处于不断消耗和补充供料的动态过程，提高燃料利用率、降低燃料棒的破损率、提高组件经济性和安全可靠性是世界各大核电公司和研究机构改善核电站可靠性、安全性和经济性的有效手段，如美国西屋陆续研发了OFA、VANTAGE 5、VANTAGE 5H、VANTAGE+、Performance+和ROBUST等燃料组件，法国法马通则开发了AFA、AFA-2G及AFA-3G、HTP-X5燃料组件。燃料组件的研发同时也是我国核电国产化的关键技术。

在反应堆燃料组件的研发过程中，不断提高燃料组件热工水力性能是很重要的研究方向之一，而模拟反应堆正常运行和事故工况下的燃料组件热工水力实验是验证和评价燃料组件热工水力性能最重要的手段。由于燃料组件特有的透明棒束通道结构特点，其单相和两相流动过程都较为复杂，准确获得透明棒束通道中单相和两相的流场参数和流动现象一直是热工水力研究工作的重点。但由于棒束结构紧凑、运行参数高等因素，增加了透明棒束通道中参数测量的难度，限制了对透明棒束通道中单相和两相流动特性以及局部现象的认识。为了加深对透明棒束通道内流动过程的机理研究，一般通过常温常压下的可视化实验研究来获取不同的流场参数。可视化实验中一般在实验装置上设置有可视窗，用于在实验中测量如速度、拍摄气泡尺寸和行为等数据参数，或观察局部流动现象来研究透明棒束通道的机理过程。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种具有大尺寸可视窗口、可承受一定内压的棒束通道全透明可视化实验装置，该装置能够有效解决棒束通道可视化实验中测量几何尺寸范围偏小的问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种棒束通道全透明可视化实验装置，包括棒束通道本体、设置在棒束通道本体外用于卡紧棒束通道本体的承压外壳，所述棒束通道本体由透明材料制成，所述承压外壳上在其四周开设有观察槽。该观察槽的长度等于或略小于棒束通道本体长度，起点紧邻棒束通道本体入口，终点紧邻棒束通道本体出口。发明人在长期的实践工作中发现，棒束通道中的流场具有传递效应，即上游的现象会对下游流场产生特定影响，现有技术中的棒束通道可视窗口较小，虽然能够满足一定区域流体速度场测量和图形摄制，但可测量几何范围偏小、观察区域有限，难以同时获得测点或观察点下游的流场特性；另一方面，发明人还发现在两相流动工况时，棒束通道中存在特有的局部流动现象，这对棒束通道内的热工水力研究具有重要意义。因此提出了本发明的全透明可视化方案来获得更全面的流场信息。采用全透明的棒束通道本体，棒束通道本体由承压外壳支撑，在并在承压外壳上开设大尺寸观察槽，形成大尺寸可视窗口，观察范围大大增加，解决了棒束通道可视化实验中测量几何尺寸范围偏小的问题；棒束通道本体全部采用透明材料制成必然会影响棒束通道本体的承压，使棒束通道本体无法承受较大的内压；另外，大尺寸可视窗带来的技术难度在于可视窗的密封及透明流道的内部尺寸控制。因此现有技术中一直只在棒束通道本体局部使用透明材料以满足承压要求，一直未有全部采用透明材料的方案，而本发明的发明人提出了前述全透明方案，并设计了在棒束通道本体外设置承压外壳的方案，使全部采用透明材料制成的棒束通道本体可承受一定内压，从而提供了一个承受一定内压的大尺寸可视窗口，实现了棒束通道全流场的可视化，彻底解决了棒束通道可测量几何范围偏小、观察区域有限的问题。

作为本发明的进一步改进，上述棒束通道全透明可视化实验装置还包括入口联箱、出口联箱和两根整流管，所述承压外壳两端各通过一根整流管分别连接入口联箱和出口联箱，且承压外壳与整流管密封连接。入口联箱及与其相连的整流管用于减弱流道入口流体的湍流程度，保证入口流动的均匀性，降低入口不稳定对下游流动的干扰；出口联箱及与其相连的整流管用于减弱流道出口两相流体的扰动，减小对上游的影响，同时收集空气，保证空气和流体顺利排出，以防堵塞流道，引起流动不稳定。

进一步，所述整流管未连接承压外壳的一端安装在入口联箱或出口联箱内。

进一步，所述棒束通道本体由上、下、左、右四个透明板拼接而成，四个透明板可通过粘接的方式组装在一起，通过透明板粘接组装过程控制透明棒束通道本体的内部尺寸、消除透明板间隙处的旁通漏流，同时解决大尺寸可视窗带来的可视窗的密封及透明流道的内部尺寸控制的技术难题。

进一步，相邻的两个透明板相互垂直，所述棒束通道本体的截面为矩形。