小型安全壳内喷淋场温度压力湿度分布测量试验系统及方法

本发明属于核动力装置安全评价，具体涉及一种小型安全壳内喷淋场温度压力湿度分布测量试验系统及其试验方法

背景技术：

1、在核反应堆小型化技术应用过程中，小型安全壳通常布置有喷淋管道。喷淋管道主要为小型安全壳内部环境提供喷淋水，以能够实现事故环境下快速降温降压作用，保障小型安全壳安全。由于各种小型安全壳形态各异，且内部所放置物体也根据用途需要不尽相同，因此若想使得喷淋水在其中产生的降温降压效果，则必须搭建对应试验台架，通过试验对喷淋水释放后的压力场和温度场变化情况进行详细测量。

2、专利cn 102636344 a描述了一种大型喷雾场流量密度分布的一体化测量装置，目的在于获得不同高度截面上雾化液滴流量密度分布情况。该专利涉及集水器、l型固定肋、一体化盖板以及竖直台架。通过协调台架与l型固定肋和集水器之间的相对高度，可以测量不同喷雾截面上流量密度分布情况。但该试验测量装置应用于开式空间中，且仅针对空间中流量密度进行信息采集，并未收集压力场、温度场和湿度场信息。

3、专利cn 106328227 a描述了一种安全壳喷淋试验装置及方法，其涉及安全壳模拟系统和喷淋系统，安全壳模拟系统模拟为安全壳提供气源的气体供应系统，喷淋系统则连接在所述安全壳模拟体和储水箱之间。同时，安全壳模拟体上设置有测量内部温度和压力的温度测量点和压力测量点。该测量系统虽对安全壳内部温度场和压力场展开测量，但其形状特殊，且内部未放置任何模拟障碍物。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的不足，本发明目的在于提供一种针对小型安全壳内部喷淋场温度压力湿度分布测量试验系统及方法，该系统能够获得特殊小型安全壳内部在喷淋系统工作后温度场、压力场和湿度场的分布情况。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种小型安全壳内喷淋场温度压力湿度分布测量试验系统，包括由供水水箱17、调节阀16、过滤器15、立式电动往复泵14、加热器11、安全阀12、储水箱13、喷淋流量控制阀8、喷淋管道23组成的小型安全壳内喷淋水供给模块，由空气压缩机22、储气罐21、压缩空气控制阀20、过滤器18组成的小型安全壳内压力控制模块以及由信号处理与控制系统7、胶囊型压力容器1、排气阀2、排水阀6、鼓风机控制阀3和鼓风机4组成的小型安全壳试验段；

4、小型安全壳内喷淋水供给模块主体设置于小型安全壳试验段外部，两分支喷淋管23插入小型安全壳试验段内部，分支喷淋管23上游汇集在t型管处，该处连接有喷淋流量控制阀8，用于控制喷淋流量；喷淋流量控制阀8上游相连流量计24和压力计9，该处同时与安全阀12和储水箱13相连，安全阀12和储水箱13配合立式电动往复泵14，用于提升喷淋水进入小型安全壳内部时的初始压力，喷淋水在进入小型安全壳试验段内部时在此处进行憋压操作；小型安全壳内喷淋水供给模块水源由供水水箱17提供，该供水水箱同时连接有调节阀16和过滤器15，以便清除水中杂质和调节喷淋水流量；供水水箱17内置有加热器11和温度计10，用于加热喷淋水；

5、小型安全壳内压力控制模块由空气压缩机22压缩空气进入小型安全壳试验段；空气压缩机22下游连接有储气罐21，避免压力突降或突升对整个试验系统造成影响；储气罐21下游连接有压缩空气控制阀20和压力计19，主要用于控制进气速率；从空气压缩机22中出来的空气，经空气过滤器18过滤后，最终进入小型安全壳试验段中；

6、小型安全壳试验段主体为胶囊型压力容器1和信号处理与控制系统7；胶囊型压力容器1内部空心，中间平直段放置有置物台架25以及设置在置物台架25上的模拟真实物体的圆柱体组合模型，置物台架25下方布置有加热棒29；胶囊型压力容器1两侧安装有椭圆形封头，其中一个椭圆形封头嵌有人孔28；实验人员可通过人孔进出小型安全壳试验段；信号处理与控制系统7主要用于测量胶囊型压力容器1内部的温度压力和湿度变化情况；在胶囊型压力容器1壁面上分别布置有压力传感器、温度传感器和湿度传感器，信号处理与控制系统7通过这些传感器实时收集胶囊型压力容器内部压力温度和湿度值；胶囊型压力容器1上设置排气阀2、排水阀6、鼓风机控制阀3和鼓风机4。

7、所述小型安全壳内喷淋水供给模块，伸入小型安全壳试验段内的两支喷淋管，每支长1.6m，其上按数量规律“4-5-4-5…”间隔排布有小孔，间隔距离为10mm，喷淋管内径为4mm，小孔内径为0.3mm。

8、在小型安全壳试验段内部置物台架25下，布置有10组加热棒29，每组加热棒功率2kw，总加热功率20kw；加热棒用于加热小型安全壳试验段内部混合气体。

9、小型安全壳试验段的胶囊型压力容器1壁面上，湿度传感器仅布置于两侧封头中央、试验段上方中央和试验段下方一侧，湿度传感器数量共计4个；在两侧封头，压力传感器紧靠温度传感器成一对，按十字形布置，两对间水平方向距离300mm；在中间平直段两侧，对称布置有6行压力传感器和温度传感器，每行3对，行与行竖直方向间隔300mm；上述温度传感器、压力传感器和湿度传感器用于测量试验过程中小型安全壳试验段内温度、压力和湿度分布变化情况，均通过信号处理与控制系统7连接到局域网计算机上，组成系统的测量采集模块。

10、所述试验系统对应的试验方法，试验开始前对回路进行充水检漏、抗破坏试验，确保回路在大流量下无泄漏以及小型安全壳试验段密封完整；之后开启小型安全壳试验段上连接的排气阀2、排水阀6、鼓风机控制阀3，启动鼓风机4，向小型安全壳试验段内部通风，彻底干燥小型安全壳试验段内部；干燥完毕后，关闭排气阀2、排水阀6、鼓风机控制阀3和鼓风机4，保持小型安全壳试验段密封性良好；根据小型安全壳试验段内初始试验环境要求，打开小型安全壳内喷淋水供给模块和小型安全壳内压力控制模块各处阀门，并启动空气压缩机22和立式电动往复泵14，同时开启小型安全壳试验段内部加热棒29，迅速提高小型安全壳试验段内部温度压力和湿度值，通过信号处理与控制系统7读取内部温度场、压力场和湿度场分布情况，反复调节压缩空气控制阀20和喷淋流量控制阀8，待内部温度压力和湿度达到试验要求的初始条件后，关闭喷淋水供给模块和小型安全壳内压力控制模块；

11、小型安全壳试验段内部达到稳定初始环境后，正式进入试验；再次开启小型安全壳内喷淋水供给模块时，首先打开安全阀12和控制阀16，关闭喷淋流量控制阀8；启动加热器11，迅速加热喷淋水至指定温度后，使得喷淋水处于恒温状态；开启立式电动往复泵14，使立式电动往复泵14从供水水箱17抽水；读取压力计9和流量计24的读数，水压达到指定压力且流量计读数达到指定流量的二分之一时，迅速关闭安全阀12并开启喷淋流量控制阀8，喷淋水进入小型安全壳试验段内部，使喷淋水持续喷淋预设时间，期间，每隔预设时间记录各个传感器所提供的压力、温度和湿度数据。试验完成后，关闭小型安全壳内喷淋水供给模块。

12、和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

13、1、本发明所述试验系统及方法实现了本身具有特殊构造的小型安全壳内部在喷淋条件下温度场、压力场和湿度场分布情况研究。通过对大量测点的数据收集，可以直观实现对于小型安全壳内物理场分布的全面测评；

14、2、喷淋管上喷淋孔分布独特且较为均匀。当喷淋水从特制喷淋管中射出时，由于喷淋孔内径较小且数量较多，喷出的水雾径粒小、射速快，水柱与安全壳内环境接触面积大，对于卧式安全壳内部降温降压效果更好。

15、3、小型安全壳试验段设计紧凑且试验段封头处设有人孔，方便工人进出检修或更换设备，使得小型安全壳试验段使用寿命延长。

16、4、试验系统充分考虑试验安全保障，通过安装储气罐、储水箱、排水阀和排气阀等设备，使得试验系统能够安全稳定工作。