燃料組件水力學模擬體的製作方法

2023-11-11 15:31:07 1

本實用新型涉及核反應堆試驗研究領域，尤其涉及一種燃料組件水力學模擬體。

背景技術：

為獲得新堆型的設計和安全分析必要數據，需開展縮比的整體水力學實驗，研究反應堆堆芯入口燃料組件間的流量分配特性、反應堆壓降特性、下腔室交混特性等。目前，常見的燃料組件水力學模擬體主要有以下幾種：

一、Yankee電站建立的燃料組件水力學模擬體，其採用集總參數方法參照原型簡化設計模擬體，在元件盒壁的8個標高上分別開孔，每個標高開兩個1/8英寸的孔以模擬橫流，可保證模型與原型的軸向壓降相等、橫流/主流流量比相等。

二、San-Onofre電站建立的燃料組件水力學模擬體，是採用1:7的中空方形盒，用裝在流道中的一系列金屬網和孔板模擬軸向流動阻力，並在盒側壁上開孔模擬橫向流動，組件入口處用孔板測量流量。

三、秦山一期的燃料組件水力學模擬體，則是採用外方內圓管內裝孔板的結構，用孔板模擬燃料組件軸向阻力，並採用將總阻力係數降低3％的方式考慮橫流的影響。

四、秦山二期設計的燃料組件水力學模擬體，模擬體結構分為帶突起的2×2棒束段、裝有測量儀表的下管座段和具有阻力調節結構的上管座段三部分，保證模擬體總阻力特性與原型相同，橫向等效流動阻力係數與原型相等，且局部阻力分配合理。

五、中廣核ACPR1000+燃料組件水力學模擬體，採用1:5比例進行了結構設計，其結構與燃料組件相似，由入口段、中間段、出口段三部分組成，分別對應燃料組件的下管座、棒束段、上管座，同時在管壁上開不同尺寸的側孔，以模擬原型橫向流動；保證模擬體與原型的軸向壓降係數相等、等效橫流阻力係數相等。

上述各種模擬體中，Yankee電站模擬體不能真實反映原型中燃料組件可能存在四個方向的橫向流動，而秦山一期模擬體不模擬橫向流動，因此這兩種方式都不能嚴格模擬橫流對堆芯壓降、流量分配的影響。而San-Onofre電站模擬體採用孔板流量計測量其內通過的流量，而孔板流量計出於壓差測量的需求，必然存在引壓管連接、密封和布置的問題，從而增加試驗難度。秦山二期使用4根帶突起棒的開式柵格形式模擬軸向流動阻力，結構較複雜，不能靈活調整模型的軸向分段阻力係數，實用性相對較差。中廣核ACPR1000+模擬體的測量儀表線從模擬體頂部引出，如果出現更換測量儀表的情況，則需整個拆除模擬體的上部堆內構件，現場拆裝工作量大。

因此，有必要提供一種結構簡單可靠、阻力調節和儀表更換方便的燃料組件水力學模擬體，以解決上述現有技術的不足。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種結構簡單可靠、阻力調節和儀表更換方便的燃料組件水力學模擬體。

為實現上述目的，本實用新型的技術方案為：提供一種燃料組件水力學模擬體，其包括管體、中心杆、阻流盤、橫流通道、流體測量裝置、流體調直裝置及阻力調節片；其中，管體呈中空結構，管體的兩端分別形成流體入口、流體出口；中心杆套設於所述管體的中空結構內並與所述管體相固定；多個阻流盤分別可拆卸地連接於所述中心杆上，所述阻流盤的位置與燃料組件原型中的格架的位置相對應；多個不同尺寸的橫流通道分別貫穿地開設於所述管體的側壁；流體測量裝置設於所述管體的中空結構內並位於所述中心杆與所述流體入口之間，且所述流體測量裝置具有信號線；流體調直裝置設於所述管體的中空結構內並位於所述流體測量裝置與所述流體入口之間，且所述流體調直裝置具有一呈中空結構的中心軸，所述中心軸向所述流體入口方向延伸，所述信號線經所述中心軸的中空結構引出所述流體入口外；阻力調節片套設於所述中心軸上並位於所述流體入口處。

較佳地，不同尺寸的所述橫流通道沿流體的流動方向開設於所述管體的側壁。

較佳地，所述管體呈外方內圓結構。

較佳地，所述管體包括相連接的入口段及長段，所述入口段的下端形成所述流體入口，所述長段的上端形成所述流體出口，且所述流體入口、所述流體出口的形狀與燃料組件原型的形狀相同。

較佳地，所述入口段、所述長段通過止口插接。

較佳地，所述中心杆套設於所述長段內並與之相固定，多個所述橫流通道分別開設於所述長段的側壁，所述流體測量裝置、所述流體調直裝置、所述阻力調節片依次設於所述入口段內。

較佳地，所述長段上開設有多組溝槽，用於安裝密封圈。

較佳地，所述流體測量裝置為渦輪流量計或電導率探針。

較佳地，所述中心軸與所述中心杆位於同一軸線上。

較佳地，所述阻力調節片與所述中心軸之間通過第一卡箍固定。

較佳地，所述流體調直裝置為流場調直器或攪混結構。

較佳地，所述管體內設有至少一個中間支架，所述中心杆穿設於所述中間支架並與之固定。

較佳地，所述流體出口處還設有頂部支架，所述中心杆的上端插接於所述頂部支架並與之固定。

較佳地，所述頂部支架通過第二卡箍壓緊。

與現有技術相比，由於本實用新型的燃料組件水力學模擬體，通過在管體上開設不同尺寸的橫流通道來模擬燃料組件原型中的橫流，並可通過改變橫流通道的大小及更換阻流盤來調節等效的橫流阻力係數，能夠反映燃料組件原型的水力特性；同時，其流體調直裝置具有一呈中空結構的中心軸，中心軸向流體入口方向延伸，流體測量裝置的信號線經由中心軸的中空結構而從模擬體的下部引出，使儀表引線縮短，儀表更換方便，大大簡化了儀表失效更換的現場拆裝工作量；另外，阻力調節片套設於中心軸上並位於流體入口處，能夠調節實現模擬體的入口段的阻力係數與原型相等，在保證模擬體總阻力係數與原型相等的前提下，更真實的反映模擬體的入口段的阻力對流量分配及壓降測量的影響，並且調節靈活方便；再者，該水力學模擬體的結構簡單可靠。

附圖說明

圖1是本實用新型燃料組件水力學模擬體的側視圖。

圖2是沿圖1中A-A線的剖視圖。

圖3是沿圖1中B-B線的剖視圖。

圖4是圖1的俯視圖。

圖5是圖1的仰視圖。

具體實施方式

現在參考附圖描述本實用新型的實施例，附圖中類似的元件標號代表類似的元件。本實用新型所提供的燃料組件水力學模擬體100，以1:3的縮比簡化結構來模擬燃料組件原型，用於開展反應堆入口流量分配、下腔室交混及壓降特性測量實驗。

下面首先參看圖1-2所示，本實用新型所提供的燃料組件水力學模擬體100，其包括呈中空結構的管體110、設於管體110內的中心杆120、可拆卸地連接於中心杆120的阻流盤130及開設於管體110的側壁上的多個不同尺寸的橫流通道140。其中，管體110用於模擬燃料組件原型中的流動通道，設於中心杆120上的阻流盤130，用於模擬燃料組件原型的格架，並可通過更換阻流盤130來調節軸向阻力分布，使模擬體與燃料組件原型的軸向阻力係數分布對應一致，而橫流通道140則用於模擬燃料組件原型的橫流，並可通過改變橫流通道140的大小來調節等效橫流阻力係數。該燃料組件水力學模擬體100可保證模擬體與燃料組件原型的幾何相似、軸向阻力係數相等、橫向等效阻力係數相等。

參看圖2所示，本實用新型燃料組件水力學模擬體100還包括依次設於管體110內並位於中心杆120下方的流體測量裝置150、流體調直裝置160及阻力調節片170(詳見後述)。

下面結合圖2-3所示，管體110呈外方內圓的中空結構，即，管體110的橫截面的外部輪廓呈矩形，管體110的內部空間呈圓柱形，參看圖3所示。且管體110的端分別形成連通其內部中空結構的流體入口111、流體出口112，流體入口111、流體出口112的形狀分別與原型的進、出口幾何形狀相同或相似，以保證模擬體進出口流場與原型相似。

再次參看圖1-2所示，所述管體110包括相連接的入口段113及長段114，入口段113、長段114均呈外方內圓結構，入口段113的下端形成流體入口111，長段114的上端形成流體出口112；其中，入口段113用於模擬燃料組件原型的下管座，長段114用於模擬燃料組件原型的棒束段和上管座。

本實用新中，入口段113、長段114之間優選通過止口插接，但不以此為限，兩者之間還可以通過其他方式連接，這並不影響本技術方案的實現。

下面繼續結合圖2-3所示，中心杆120同軸地套設於長段114的中空結構內並與長段114相固定。本實用新型中，中心杆120通過中間支架115、頂部支架116固定，其中，中間支架115設於長段114內，中心杆120穿設於中間支架115並與之固定，從而使中心杆120與長段114固定。頂部支架116設於長段114內並位於流體出口112處，中心杆120的上端插接於頂部支架116並與之固定。

優選地，中心杆120與中間支架115、頂部支架116之間分別通過螺釘(圖未示)固定，但不以此為限。

可理解地，中心杆120與長段114之間不限於通過中間支架115、頂部支架116來固定，還可以利用其它連接機構來固定，此為本領域技術人員所熟知的技術。

另外，所述長段114上開設有多組溝槽(圖未示)，用於安裝O型密封圈，以防止模擬體與模擬體之間的縫隙洩漏。

下面繼續參看圖2所示，多個阻流盤130分別可拆卸地連接於中心杆120上，阻流盤130的位置與燃料組件原型中的格架的位置相對應，以模擬原型中各格架的軸向阻力。本實用新型中，阻流盤130套設於中心杆120外，並通過螺釘180固定於中心杆120上，因此可通過更換軸向阻流盤130的大小來調節軸向阻力係數。

結合圖1-2所示，多個不同尺寸的橫流通道140為分別貫穿地開設於長段114的側壁上的通孔，且不同尺寸的橫流通道140分別沿流體的流動方向開設，即，在長段114的同一標高上，橫流通道140的尺寸相同，而在長段114的不同標高上，相鄰的橫流通道140的尺寸則不作限定，可根據需要靈活設置。並且可通過改變橫流通道140的大小，來調節等效橫流阻力係數。

下面再次參看圖2所示，流體測量裝置150、流體調直裝置160、阻力調節片170依次設於入口段113內。其中，流體測量裝置150設於入口段113的中空結構內並位於中心杆120的下方，流體測量裝置150具有信號線151。流體調直裝置160設於入口段113的中空結構內並位於流體測量裝置150的下方，流體調直裝置160具有一呈中空結構的中心軸161，中心軸161與中心杆120位於同一軸線上並向流體入口111方向延伸。因此，流體測量裝置150的信號線151經由中心軸161的中空結構引出流體入口111外，即，信號線151從模擬體100的下部引出，從而使儀表引線縮短，儀表更換更方便。阻力調節片170套設於中心軸161上並位於流體入口111處，因此通過阻力調節片170能夠調節實現模擬體入口段113的阻力係數與原型相等，體現原型入口段113阻力對流量分配及壓降測量的影響。

結合圖2、4-5所示，阻力調節片170套設於中心軸161上後，其在軸向上通過第一卡箍191壓緊。對應地，設於長段114的頂部的頂部支架116則通過第二卡箍192壓緊。即，模擬體100的入口段113的底端和長段114的頂端的零部件的軸向均採用卡箍固定，從而使拆裝更方便，大大簡化了儀表失效更換的現場拆裝工作量。

再次參看圖2所示，本實用新型中，流體測量裝置150為渦輪流量計或電導率探針，通過該渦輪流量計或電導率探針可測量進入到入口段113內的流體的流量或流體濃度。當然，流體測量裝置150還可以採用其他裝置。

所述流體調直裝置160優選為流場調直器或攪混結構，其設於流體測量裝置150與流體入口111之間，將流體調直裝置160設於流體測量裝置150的上遊位置，從而使進入到入口段113內的流體的流動穩定，以消除旋渦對渦輪流量計或電導率探針的影響，進而使流量測量更準確。

綜上，由於本實用新型的燃料組件水力學模擬體100，通過在管體110上開設不同尺寸的橫流通道140來模擬燃料組件原型中的橫流，並可通過改變橫流通道140的大小及更換阻流盤130來調節等效的橫流阻力係數，能夠反映燃料組件原型的水力特性；同時，其流體調直裝置160具有一呈中空結構的中心軸161，中心軸161向流體入口111方向延伸，流體測量裝置150的信號線151經由中心軸161的中空結構而從模擬體100的下部引出，使儀表引線縮短，儀表更換方便，大大簡化了儀表失效更換的現場拆裝工作量；另外，阻力調節片170套設於中心軸161上並位於流體入口111處，能夠調節實現模擬體100的入口段113的阻力係數與原型相等，在保證模擬體100總阻力係數與原型相等的前提下，更真實的反映模擬體100的入口段113的阻力對流量分配及壓降測量的影響，並且調節靈活方便；再者，該水力學模擬體100的結構簡單可靠。

以上所揭露的僅為本實用新型的優選實施例而已，當然不能以此來限定本實用新型之權利範圍，因此依本實用新型申請專利範圍所作的等同變化，仍屬本實用新型所涵蓋的範圍。