СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПО СЕЧЕНИЮ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ
METHOD FOR DETERMINING THERMAL HYDRAULIC CHARACTERISTICS ALONG SECTION OF HEAT-PRODUCING ASSEMBLY

Изобретение относится к области измерительной техники, предназначено для определения теплогидравлических характеристик (ТГХ) по сечению сборки и может быть использовано при определении параметров одно-двухфазных потоков в тепловыделяющих сборках различного назначения.
Известен метод изокинетического отбора проб из потока и последующего определения ТГХ в пробе (Стырикович М.А., Резников М.И. Методы экспериментального изучения процессов генерации пара. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Энергия, 1977, с.56 [1]). Метод заключается в том, что устанавливают в исследуемую точку канала пробоотборник (отверстием навстречу потоку), измеряют ΔРст.=Рстк.-Рстпр., где ΔРст. - разность статических давлений на стенке канала и пробоотборника, Рстк. - статическое давление на стенке канала; Рстпр. - статическое давление на стенке пробоотборника; изменяют перепад давления между сечением отбора (вход в пробоотборник) и атмосферным давлением до установления нулевого значения ΔРст., отбирают расход теплоносителя через исследуемую ячейку, измеряют теплогидравлические характеристики (ТГХ) в отобранной пробе. Равенство нулю ΔРст. означает, что достигнуто условие изокинетичности отбора, т.е. поток без искажений входит в пробоотборник. Схема для осуществления способа показана на фиг.1. Основной недостаток способа заключается в том, что его практически невозможно использовать в тепловыделяющих сборках (ТВС). Последнее связано с тем, что в ТВС ячейки, в которых необходимо определять теплогидравлические характеристики, малы, статическое давление по сечению ячейки различно, поэтому изокинетичность отбора обеспечить невозможно. Способ используется в экспериментальных исследованиях ТГХ в каналах простой геометрии (трубы).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ определения теплогидравлических характеристик по сечению тепловыделяющей сборки, заключающийся в том, что в контрольном сечении сборки выделяют исследуемую ячейку, измеряют ΔРст0=Рстк.-Рстяч., где ΔРст0 - разность статических давлений до формирования ячейки отбора, Рстк. - статическое давление на стенке канала, Рстяч. - статическое давление в ячейке на стенке имитатора твэл со стороны исследуемой ячейки, формируют в контрольном сечении ячейку отбора путем установки в исследуемую ячейку пробоотборника, идентичного по форме исследуемой ячейке, измеряют разность статических давлений после формирования ячейки отбора ΔРстф., подсоединяют к ячейке отбора трубку отбора, изменяют перепад давления между ячейкой отбора в контрольном сечении и сечением отбора до установления значения ΔРстф., равного значению ΔРст0, отбирают теплоноситель через трубку отбора, измеряют теплогидравлические характеристики (ТГХ) в отобранной пробе (Архипов А.П. Орнатский А.П., Маевский Е.М. Исследование распределения массовой скорости и энтальпии теплоносителя по сечению семистержневого пучка. Теплоэнергетика, №10, 1981 г., с.64-66 [2]). На фиг.2 приведена схема ТВС, на фиг.3 приведено поперечное сечение ТВС с характерными ячейками, на фиг.4 приведен рисунок пробоотборника с трубкой отбора для одной из характерных ячеек ТВС.
Основные недостатки приведенного выше способа - он практически неприменим для ТВС сложного поперечного сечения. На фиг.5 в качестве примера приведено поперечное сечение ТВС с закрученными твэлами из работы (Колмаков А.П., Куликов Б.И., Хонаженко Ю.М. и др. «Эспериментальное определение коэффициента перемешивания в плотной сборке крестообразных твэлов». Препринт ФЭИ-2297, Обнинск - 1993 г. [3]). Как видно из фиг.5, характерные ячейки ТВС имеют сложный профиль, форма ячейки изменяется по высоте с некоторым шагом. Размеры ячеек малы (гидравлический размер 2-3 мм). Ввод пробоотборника в такую ячейку приводит к значительному искажению гидравлического сопротивления тракта отбора. В связи с этим установление изокинетичности отбора затруднено.
Предлагается способ определения теплогидравлических характеристик ТГХ по сечению тепловыделяющей сборки, заключающийся в том, что в сечении сборки выделяют исследуемую ячейку, измеряют параметры, характеризующие состояние ячейки, формируют в контрольном сечении ячейку отбора, подсоединяют к ячейке отбора трубку отбора, измеряют параметры ячейки после подсоединения к ячейке отбора трубки отбора, устанавливают равенство параметров, характеризующих состояние ячейки до и после подсоединения к ячейке отбора трубки отбора и измеряют теплогидравлические характеристики (ТГХ) в отобранной пробе, отличающийся тем, что контрольное сечение сборки выбирают вне ее активной части или, по крайней мере, на выходе активной части сборки, ячейку отбора формируют предварительно путем установки решетки, стенки ячеек которой проходят через центры имитаторов твэл от контрольного сечения до сечения подсоединения трубки отбора, а в качестве параметра, характеризующего состояние ячейки до и после формирования ячейки отбора и подсоединения трубки отбора, используют полное давление в центре ячейки.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении точности определения теплогидравлических характеристик по сечению тепловыделяющей сборки, что достигается за счет того, что контрольное сечение сборки выбирают вне ее активной части или, по крайней мере, на выходе активной части сборки, ячейку отбора формируют предварительно путем установки решетки, стенки ячеек которой проходят через центры имитаторов твэл от контрольного сечения до сечения подсоединения трубки отбора, а в качестве параметра, характеризующего состояние ячейки до и после формирования ячейки отбора и подсоединения трубки отбора, используют полное давление в центре ячейки.
Достижение технического результата обеспечивается за счет того, что контрольное сечение сборки выбрано вне активной ее части, а ячейка отбора формируется предварительно, гидравлический тракт отбора практически не изменяется (не искажается). Изокинетичность отбора осуществляется при минимальном изменении расхода через сборку.
Достижение технического результата обеспечивается также за счет того, что в качестве параметра, характеризующего теплогидравлическое состояние ячейки до и после формирования ячейки отбора, используют полное давление в центре ячейки.
Способ определения теплогидравлических характеристик ТГХ по сечению тепловыделяющей сборки осуществляется следующим образом.
Выбираем в ТВС исследуемые ячейки, т.е. те ячейки, в которых необходимо провести измерения ТГХ. Набора этих ячеек достаточно, чтобы определить ТГХ по сечению всей сборки. На фиг.6 приведена схема ТВС, на фиг.7 показано поперечное сечение ТВС с набором характерных ячеек - А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З. Перед проведением отборов измеряют параметры, характеризующие состояние ячейки. В данном случае таким параметром является полное давление теплоносителя в центре ячейки. Выбирают контрольное сечение, например, на расстоянии 40 мм от выхода ТВС вне активной части ТВС, фиг.6. Имитаторы твэл продлеваются до контрольного сечения (в случае выбора контрольного сечения на выходе активной части сборки имитаторы твэл не удлиняются). В контрольном сечении сборки выделяют исследуемую ячейку. Предварительно путем установки решетки, стенки ячеек которой проходят через центры имитаторов твэл от контрольного сечения до сечения подсоединения трубки отбора, формируют ячейки отбора. На фиг.7 показаны выделенные ячейки отбора. На фиг.8 показан вид решетки. Решетка фиксируется в контрольном сечении с помощью установки ее в прорезанные пазы имитаторов твэл. Далее к исследуемой ячейке подсоединяется трубка отбора, на входе которой сформирован пробоотборник (фиг.9). Форма пробоотборника соответствует форме соответствующей ячейки решетки.
Для подсоединения трубки отбора к ячейке снимается верхний фланец, фиг.6, трубка отбора подсоединяется к ячейке отбора. Трубка отбора через верхний фланец выводится из корпуса ТВС к системе измерения ТГХ в пробе. После этого фланец подсоединяется и корпус герметизируется. Далее подается вода через ТВС, устанавливается требуемый расход, измеряется полное давление в исследуемой ячейке. Сравниваются значения полного давления в ячейке до и после подсоединения трубки отбора. Путем изменения перепада давления между ячейкой отбора в контрольном сечении и сечением отбора достигается равенство Р0 и Р0ф, где Р0 и Р0ф - полные давления в ячейке до и после подсоединения трубки отбора. В процессе установления равенства полных давлений вода, отбираемая через трубку отбора, подается в дренаж. После достижения равенства Р0 и Р0ф трубка отбора переключается на подачу воды в измерительную емкость. Расход воды через ячейку определяется путем определения веса воды, заполнившей измерительную емкость, и времени заполнения емкости, т.е. G=M/t, где G - расход воды через ячейку кг/с, М - масса воды в измерительной емкости, кг, t - время заполнения определенного объема измерительной емкости, с. Вес воды Mg в измерительной емкости определяется путем взвешивания на электронных весах.
В случае проведения измерений на двухфазном потоке отбираемая через трубку отбора проба подается в сепаратор и (или) конденсатор, разделяется на жидкостную и паровую составляющие и определяются расходы паровой и жидкостной составляющих.