凝结水锤的柔性突缩防控机构及测试装置和方法

本发明涉及水锤控制，尤其涉及一种凝结水锤的柔性突缩防控机构及测试装置和方法。

背景技术：

1、随着海洋资源开发利用需求的加速，海洋浮式核电平台技术因其潜在的经济和环境优势得到了快速发展。海洋浮式核电平台为海洋浮式结构物与先进核反应堆的有机结合，可以为多种场景提供安全可靠的能源供应，包括海上石油开采以及偏远岛屿的生活用电，同时还可用于电解制氢及海水淡化等领域。由于核动力装置的特殊性，海洋浮式核电平台的安全问题仍然是一个十分严峻的热点问题。作为第三代先进核反应堆的标志，非能动系统被广泛应用于各种核电站。非能动余热排出系统作为一种典型的非能动技术，能够在紧急事故下通过自然循环安全地排出堆芯余热，有效提高核电站的安全性能。

2、由于海洋浮式核电平台的堆舱空间有限，非能动余热排出系统的热源与热阱通过两根相互平行的水平管道连接，热源与热阱之间的高程差相对较小，其特殊的结构特征可以充分利用海水的无限散热优势，在未来海洋浮式核电站技术的发展中有着巨大的应用前景。但是，由于自然循环的驱动力相对较小，自然循环流动过程中极易引发低温海水回流进入水平余热排出管道，进而引发一系列的自然循环流动不稳定性，其中包括严重的凝结水锤事件。凝结水锤的出现伴随着快速且剧烈的压力峰值，给余热排出海水管道系统的安全性带来巨大挑战。由于凝结水锤的形成机理随着实际应用场景的不同而不同，这也导致相应的防控方法明显不同。应用于海洋浮式核电站的非能动余热排出系统因其特殊的应用场景及几何结构特征决定了凝结水锤形成机理的特殊性，需要有针对性地开展非能动余热排出海水管道内凝结水锤的防控。

3、因此，本领域的技术人员致力于提供一种凝结水锤的柔性突缩防控机构及测试装置和方法，实现非能动余热排出海水管道内凝结水锤的防控。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够实现非能动余热排出海水管道内凝结水锤防控的防控机构及用于防控机构的测试装置、测试方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种凝结水锤的柔性突缩防控机构，包括突缩管，所述突缩管具有相对的第一端和第二端，所述突缩管的内部具有自第一端至第二端的空腔，所述突缩管的外径自第一端至第二端减小，所述空腔的直径自第一端至第二端减小。

3、进一步地，所述突缩管的材质为柔性材料。

4、本发明还提供了凝结水锤的柔性突缩防控机构的测试装置，包括热水源、冷水源、冷却水管、余热水管，所述冷却水管、余热水管水平设置，所述冷却水管的两端分别连接所述热水源、冷水源，所述余热水管的两端分别连接所述热水源、冷水源，所述余热水管位于所述冷却水管的上方，所述柔性突缩防控机构设于所述余热水管内。

5、进一步地，所述热水源包括加热储罐和设于所述加热储罐内的电加热棒，所述加热储罐采用透明材质，所述冷却水管、余热水管连接至所述加热储罐。

6、进一步地，所述冷水源包括冷却水箱和冷却机组，所述冷却机组与所述冷却水箱连接，所述冷却水管、余热水管连接至所述冷却水箱。

7、进一步地，所述余热水管采用透明材质，所述余热水管上设有温度传感器、高频动态压力传感器。

8、进一步地，还包括粒子图像测速系统，所述粒子图像测速系统采集所述余热水管的图像。

9、优选地，所述冷却水管包括主循环管路和所述主循环管路上的旁通管路，所述主循环管路上设有总截止阀、循环通路截止阀、齿轮流量计、温度传感器、压力传感器，所述旁通管路上设有水泵、旁通管路截止阀、涡轮流量计。

10、本发明还提供了凝结水锤的柔性突缩防控机构的测试方法，包括以下步骤：

11、在测试装置中注水；

12、调节冷却水的温度；

13、在水中投放示踪粒子；

14、启动电加热装置；

15、采集实验数据；

16、关闭电加热装置；

17、对测试装置中的水进行冷却。

18、进一步地，采集实验数据具体包括：

19、通过数据采集系统记录测试过程中的温度、流量及压力数据；

20、通过粒子图像测速系统获取粒子运动图像；

21、通过粒子图像测速系统获取速度矢量图和平均回流速度。

22、本发明至少具有如下有益技术效果：

23、1、本发明提供的凝结水锤的柔性突缩防控机构，防控机构的柔性材料遇冷水回流后出现结构变化，阻挡冷水回流进入管内，并通过发散效应继续减弱冷水的回流强度，从而实现了抑制、消除冷水回流，避免自然循环流动过程中凝结水锤的发生，提高余热排出管道及非能动余热排出系统的安全性能。

24、2、本发明提供的凝结水锤的柔性突缩防控机构，具有非能动属性，无需人为操作，保证了操作人员的安全。

25、3、本发明提供的凝结水锤的柔性突缩防控机构的测试装置及测试方法，采用粒子图像测试系统获取冷水回流的速度流场，实现冷水回流可视化观测，能够直观地研究冷水的回流特性，为工程应用提供支持。

26、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

技术特征：

1.凝结水锤的柔性突缩防控机构，其特征在于，包括突缩管，所述突缩管具有相对的第一端和第二端，所述突缩管的内部具有自第一端至第二端的空腔，所述突缩管的外径自第一端至第二端减小，所述空腔的直径自第一端至第二端减小。

2.如权利要求1所述的凝结水锤的柔性突缩防控机构，其特征在于，所述突缩管的材质为柔性材料。

3.凝结水锤的柔性突缩防控机构的测试装置，其特征在于，包括热水源、冷水源、冷却水管、余热水管，所述冷却水管、余热水管水平设置，所述冷却水管的两端分别连接所述热水源、冷水源，所述余热水管的两端分别连接所述热水源、冷水源，所述余热水管位于所述冷却水管的上方，所述柔性突缩防控机构设于所述余热水管内。

4.如权利要求3所述的凝结水锤的柔性突缩防控机构的测试装置，其特征在于，所述热水源包括加热储罐和设于所述加热储罐内的电加热棒，所述加热储罐采用透明材质，所述冷却水管、余热水管连接至所述加热储罐。

5.如权利要求3所述的凝结水锤的柔性突缩防控机构的测试装置，其特征在于，所述冷水源包括冷却水箱和冷却机组，所述冷却机组与所述冷却水箱连接，所述冷却水管、余热水管连接至所述冷却水箱。

6.根据权利要求3所述的凝结水锤的柔性突缩防控机构的测试装置，其特征在于，所述余热水管采用透明材质，所述余热水管上设有温度传感器、高频动态压力传感器。

7.根据权利要求6所述的凝结水锤的柔性突缩防控机构的测试装置，其特征在于，还包括粒子图像测速系统，所述粒子图像测速系统采集所述余热水管的图像。

8.根据权利要求3所述的凝结水锤的柔性突缩防控机构的测试装置，其特征在于，所述冷却水管包括主循环管路和所述主循环管路上的旁通管路，所述主循环管路上设有总截止阀、循环通路截止阀、齿轮流量计、温度传感器、压力传感器，所述旁通管路上设有水泵、旁通管路截止阀、涡轮流量计。

9.凝结水锤的柔性突缩防控机构的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的凝结水锤的柔性突缩防控机构的测试方法，其特征在于，采集实验数据具体包括：

技术总结本发明公开了一种凝结水锤的柔性突缩防控机构，包括突缩管，所述突缩管具有相对的第一端和第二端，所述突缩管的内部具有自第一端至第二端的空腔，所述突缩管的外径自第一端至第二端减小，所述空腔的直径自第一端至第二端减小。本发明还提供了凝结水锤的柔性突缩防控机构的测试装置及测试方法。本发明能够抑制和消除冷水回流，避免自然循环中凝结水锤的发生，提高非能动余热排出的安全性。技术研发人员：段钟弟,何炎平,王志伟,黄超,薛鸿祥,刘诗文受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5