基于激光诊断技术的棒束内温度分布特性研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dahar005
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燃料组件的热工水力特性对核反应堆安全运行起着重要作用。压水堆燃料组件内定位格架能增强子通道内流动交混,提高换热特性。因此本文采用激光诱导荧光(LIF)技术对棒束通道内流体的温度分布特性进行了实验研究,并开展了相应的理论分析,以期优化定位格架的设计,提高反应堆的安全性与经济性。  为了满足可视化实验要求,设计搭建了棒束通道内温度场测量实验系统,棒束通道基于真实的燃料组件尺寸来设计加工,其中为了满足折射率匹配要求,加热棒选取不锈钢棒,非加热棒选取FEP材料。实验中激光器、高速摄影仪均通过三维升降台来实现精确定位,保证激光平面的构建及实验图像的采集。由于实验图像在视角、尺寸大小上均存在偏差,因此需要进行图像后处理。通过选取特征值,完成图像的空间变换,实现原始图像的空间匹配,提出了点对点的标定方法,对定位格架下游不同截面和高度处温度场进行重构。  采用光谱仪获得了两种染色剂(罗丹明B和F127)的光谱特性,分析了其稳定性和温度敏感性,获得了两种染色剂荧光强度随温度变化规律及平均温度敏感性,并确立了实验中所需的染色剂浓度,为保证足够的激发光强和防止光漂白,激光功率密度范围确定为6800W/m2到8300W/m2之间。  采用LIF技术对不同加热形式、截面及高度处温度分布特性进行了研究,重构出定常流动和流量波动下温度分布云图,并提取了棒束不同位置处温度数据。结果表明:棒束通道内的温度云图能够直观展示温度分布趋势,交混作用使得靠近格架处的温度分布更均匀,而远离格架处,靠近加热棒的通道处温度明显高于其他位置。对比定常流动和脉动流下温度分布趋势发现,在子通道内温度比棒束间隙处更低。受流量波动的影响,脉动流下温度分布呈现周期性变化。采用轴向温差变化、温度分布不均匀性定量评价了棒束通道交混特性,分析了定位格架搅混作用、流量波动和加热对温度波动的影响,同时采用冷热交混的形式直观的展示了棒束通道内交混特性。  综上表明,激光诱导荧光技术可实现对棒束通道内流体温度分布的全场测量,基于该技术能够对棒束通道温度分布进行定性分析及对交混作用的定量评价,有助于对数值计算结果提供验证,优化和改进定位格架的设计。
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