流体研究用可视化实验装置的制作方法

本发明涉及流体可视化研究技术领域，更具体地说，涉及一种流体研究用可视化实验装置。

背景技术：

板状燃料元件因窄矩形冷却剂通道具有结构紧凑、换热面积大的优势，被应用于小型反应堆的堆芯设计。另外，由于汽化潜热的存在，两相沸腾流动较单相流动的换热系数有较大的提升，而窄矩形流道中的沸腾两相流较为复杂，两相流流型及流型转变多样，在流动过程中还伴有剧烈的相变过程，极易造成流动不稳定性，由于窄缝的原因，沸腾汽泡的脱离直径变小，频率增高，沸腾过程常规通道相比有很大的不同。因此，需要对窄矩形通道内的沸腾流动进行研究，为板状燃料元件的设计和运行提供参考。

现有技术的实验装置无法同时兼顾更接近实际的加热条件和实现从侧面直观的观察气泡生长，并且结构复杂，拆装难，导致实验耗费高，具有较大的局限性。

综上所述，如何有效地仿照实际的加热条件和实现从侧面直观的观察气泡生长，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种流体研究用可视化实验装置，该流体研究用可视化实验装置的结构设计可以有效地仿照实际的加热条件和实现从侧面直观的观察气泡生长。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种流体研究用可视化实验装置，包括流道组件，所述流道组件包括方体框架、设置在所述方体框架内部的两个相对的绝热板以及电加热板；

两个所述绝热板之间的间隙形成流道，两个所述绝热板的朝向所述流道的板面上均设置有所述电加热板；所述方体框架上相对的两个侧壁上均开设有观察窗，且所述观察窗与两个所述绝热板之间的间隙相对。

优选地，上述流体研究用可视化实验装置中，所述流道包括加热段，所述加热段的上游和/或下游设置有非加热段，仅所述绝热板的位于所述加热段的部位设置有所述电加热板。

优选地，上述流体研究用可视化实验装置中，所述电加热板的宽度小于所述绝热板的宽度，以使所述流道沿其宽度的两侧均设置有非加热区，所述流道的宽度方向与所述绝热板的宽度方向平行。

优选地，上述流体研究用可视化实验装置中，还包括进口缓冲箱和出口缓冲箱，所述进口缓冲箱的进口处连接有第一接管，所述出口缓冲箱的出口处连接有第二接管连接；

所述第一接管的流体面积小于所述第二接管的流体面积。

优选地，上述流体研究用可视化实验装置中，所述进口缓冲箱和出口缓冲箱上均设置有测压孔。

优选地，上述流体研究用可视化实验装置中，所述方体框架上还设置有多个用于检测所述流道内温度的测温孔。

优选地，上述流体研究用可视化实验装置中，所述电加热板与铜电极之间通过铜板连接，所述电加热板与铜板间以及所述铜电极与铜板间均通过螺钉固定；

所述电加热板粘结在所述绝热板上。

优选地，上述流体研究用可视化实验装置中，所述方体框架包括两个相互平行的第一侧壁和两个相互平行的第二侧壁，且所述第一侧壁与第二侧壁相邻，且所述第一侧壁的宽度大于所述第二侧壁的宽度；

所述绝热板与所述方体框架的第一侧壁平行，两个所述第二侧壁上均开设有观察窗。

优选地，上述流体研究用可视化实验装置中，所述方体框架包括四个相互平行的支柱、两个相互平行的第一盖板和两个相互平行的第二盖板，两个所述第一盖板分别形成两个所述第一侧壁，两个所述第二盖板分别形成两个所述第二侧壁；

所述观察窗上通过紧固件镶嵌有透明板，所述透明板与所述支柱之间以及所述支柱与第一盖板之间均设置有密封圈。

优选地，上述流体研究用可视化实验装置中，所述支柱呈弯折状，相邻的两个支柱之间形成用于容纳所述第一盖板或第二盖板的凹槽。

本发明提供的流体研究用可视化实验装置包括流道组件。上述流道组件包括方体框架、电加热板和两个绝热板。其中，电加热板和两个绝热板均设置在方体框架内部。两个绝热板相互平行设置，即两个绝热板相对设置，两个绝热板之间的间隙形成流道，进行研究时，流体在两个绝热板之间的间隙内流通。两个绝热板的朝向流道的板面上均设置有电加热板。即两个绝热板的靠近对方的板面上均设置有电加热板。绝热板的两侧与方体框架的内壁密封连接，以实现两个绝热板与方体框架的内壁共同围成流道。绝热板提供良好的绝缘保温效果，使电加热板与实验其它部件绝缘，并对电加热板提供一定的机械强度支撑。

方体框架上相对的两个侧壁上均开设有观察窗，且观察窗与两个绝热板之间的间隙相对，如此观察窗与流道相对。方体框架上开设有观察窗的侧壁可以与绝热板垂直。

应用上述实施例提供的流体研究用可视化实验装置时，流体从方体框架的进口端进入，进而流体进入两个绝热板之间的流道内，流体在流道内流动的同时电加热板对流道内的流体加热，此时从观察窗观察流体的气泡行为和流型变化，不但实现了可视化研究，而且方体框架上相对的两个侧壁上均开设有观察窗，增加进光，同时可以从一个侧壁打光进流道，从另一个侧壁观察和拍摄，进而实现了从侧方观察到气泡在加热面产生聚合、生长和脱离等行为过程，更加直观。

另外，两个绝热板上均设置有电加热板，即流道的相对的两侧均设置有电加热板，实现双面加热，更接近于实际反应堆冷却剂受热情况。并且，电加热板直接与流体接触，减少了因导热产生的热损。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的流体研究用可视化实验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的流体研究用可视化实验装置竖直使用时沿水平面剖切的剖视图；

图3为本发明实施例提供的流体研究用可视化实验装置竖直使用时沿竖直面剖切的剖视图；

图4为图3的局部放大图。

在图1-4中：

1-进口缓冲箱、2-方体框架、2a-第一盖板、2b-支柱、2c-透明板、2d-紧固件、2e-密封圈、3-出口缓冲箱、4-固定架、5-铜电极、6-观察窗、7-测压孔、8-绝缘法兰、9-测温孔、10-绝热板、11-电加热板、12-流道、13-铜板。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种流体研究用可视化实验装置，该流体研究用可视化实验装置的结构设计可以有效地仿照实际的加热条件和实现从侧面直观的观察气泡生长。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1-图4，本发明提供的流体研究用可视化实验装置包括流道组件。上述流道组件包括方体框架2、电加热板11和两个绝热板10。其中，电加热板11和两个绝热板10均设置在方体框架2内部。两个绝热板10相互平行设置，即两个绝热板10相对设置，两个绝热板10之间的间隙形成流道12，进行研究时，流体在两个绝热板10之间的间隙内流通。两个绝热板10的朝向流道12的板面上均设置有电加热板11。即两个绝热板10的靠近对方的板面上均设置有电加热板11。绝热板10的两侧与方体框架2的内壁密封连接，以实现两个绝热板10与方体框架2的内壁共同围成流道12。绝热板10提供良好的绝缘保温效果，使电加热板11与实验其它部件绝缘，并对电加热板11提供一定的机械强度支撑。

应用上述实施例提供的流体研究用可视化实验装置时，流体从方体框架2的进口端进入，进而流体进入两个绝热板10之间的流道12内，流体在流道12内流动的同时电加热板11对流道12内的流体加热，此时从观察窗6观察流体的气泡行为和流型变化，不但实现了可视化研究，而且方体框架2上相对的两个侧壁上均开设有观察窗6，增加进光，同时可以从一个侧壁打光进流道，从另一个侧壁观察和拍摄，进而实现了从侧方观察到气泡在加热面产生聚合、生长和脱离等行为过程，更加直观。

另外，两个绝热板10上均设置有电加热板11，即流道12的相对的两侧均设置有电加热板11，实现双面加热，更接近于实际反应堆冷却剂受热情况。并且，电加热板11直接与流体接触，减少了因导热产生的热损。

观察窗6的数量可以为八个，方体框架2上相对的两个侧壁上各开设有四个观察窗6。当然，观察窗6的数量还可以为其它数量，比如六个、十个等，在此不作限定。

方体框架2上相对的两个侧壁上的观察窗6可以相错设置，即其中一个侧壁上的观察窗6与另一个侧壁上的两个观察窗6之间的间隙相对，以便于观察不同位置的流体。

方体框架2的外部可以设置固定架4，以便于将该方体框架2安装在合适的位置。

为了使流体可以充分发展，更加真实的模拟板状燃料元件反应堆的流动条件。流道12包括加热段，加热段的上游和/或下游设置有非加热段，即加热段的上游和加热段的下游中的至少一个设置有非加热段。具体地，流道12沿其流向依次设置有第一非加热段、加热段和第二非加热段，或者，流道12沿其流向依次设置有加热段和非加热段，或者，流道12沿其流向依次设置有非加热段和加热段。仅绝热板10的位于加热段的部位设置有电加热板11，即加热段的绝热板10的板面上固定有电加热板11，非加热段的绝热板10的板面上没有设置电加热板11。如此设置，流体在进入非加热段内可以充分发展。

优选地，流道12沿其流向依次设置有第一非加热段、加热段和第二非加热段。第一非加热段的长度为180-250mm，第二非加热段的长度为120-200mm，具体地第一非加热段的长度为215mm，第二非加热段的长度为165mm。

为了防止局部传热恶化，出现热点，电加热板11的宽度可以小于绝热板10的宽度，以使流道12沿其宽度的两侧均设置有非加热区，流道12的宽度方向与绝热板10的宽度方向平行。电加热板11和绝热板10层叠设置，绝缘板的宽度的两侧具有没有被电加热板11覆盖的非加热区。绝缘板的长度方向与流道12的长度方向平行。

非加热区的宽度可以为2-3mm，具体可以为2.5mm。

上述实施例中，流道12的加热段内，加热段的沿其宽度的两侧均设置有非加热区。

如图1所示，上述流体研究用可视化实验装置还包括进口缓冲箱1和出口缓冲箱3，进口缓冲箱1的进口处连接有第一接管，出口缓冲箱3的出口处连接有第二接管。流体可以在进入流道12前后在进口缓冲箱1和出口缓冲箱3混合和储存。

其中，第一接管的流体面积小于第二接管的流体面积。由于进入流道12的一般为液态的单相流体，流出流道12的一半为液态和气态的双相流体，因此根据进出口位置实验工质相态不同，第一接管的流体面积小于第二接管的流体面积。具体地，第一接管选择小口径绝缘套，第二接管选择较大口径绝缘法兰8接入主回路。当然，第一接管的流体面积也可以等于第二接管的流体面积，在此不作限定。

使用上述流体研究用可视化实验装置时，方体框架2竖直设置，流道12进口在上，出口在下，与冷却剂采用向下流动方式的反应堆或处于事故情况下的常规反应堆冷却剂流动情况对应。

为了便于了解进口缓冲箱1和出口缓冲箱3的气压，进口缓冲箱1和出口缓冲箱3上均设置有测压孔7。可以在测压孔7处安装压力变送器等部件。

进口缓冲箱1上开排气孔，且排气孔处外接有排气阀。

为了及时了解流道12内的壁面温度，方体框架2上还设置有多个用于检测流道12内温度的测温孔9，测温孔可以安装温度传感器等。

电加热板11与铜电极5连接。具体地，电加热板11与铜电极5间通过一块铜板13连接，三者分别使用螺钉两两固定，此结构可以实现部分零部件损坏时拆卸更换方便。

当然，电加热板11还可以通过其它方式连接，在此不作限定。

电加热板11粘结在所述绝热板10上，电加热板11与绝热板10采用粘接的方式从而减少电加热板11的焊接，确保整个加热段电阻更加均匀。当然，电加热板11也可以焊接或卡接在绝热板10上，在此不作限定。

绝热板10上可以开设沉槽，电加热板11直接安装在沉槽内即可。电加热板11采用最大功率为48kw(24v，2000a)的直流电源进行电加热，电加热板11的加热区域尺寸为62mm×750mm。

另一实施例中，方体框架2包括两个相互平行的第一侧壁和两个相互平行的第二侧壁，且第一侧壁与第二侧壁相邻。第一侧壁与第二侧壁均与方体框架2的长度方向平行。绝热板10与方体框架2的第一侧壁平行，两个第二侧壁上均开设有观察窗6。

第一侧壁的宽度大于第二侧壁的宽度。

绝热板10与方体框架2的第一侧壁平行，两个第二侧壁上均开设有观察窗6。两个绝热板10之间可以形成窄矩形流道12，具体地，窄矩形流道12沿着垂直于绝热板10的方向的厚度为2.3mm。

流道12的长度方向平行于方体框架2的长度，流道12的宽度方向平行于绝热板10的宽度方向，流道12的厚度垂直于绝热板10。绝热板10的宽度方向垂直于方体框架2的第二侧壁。

进一步地，方体框架2包括四个相互平行的支柱2b、两个相互平行的第一盖板2a和两个相互平行的第二盖板，两个第一盖板2a分别形成两个第一侧壁，两个第二盖板分别形成两个第二侧壁。第一盖板2a和第二盖板均与支柱2b固定连接。相邻的两个支柱2b之间设置有第一盖板2a或第二盖板。第一盖板2a或第二盖板可以通过螺栓与支柱2b固定连接。支柱2b可以为不锈钢支柱。铜电极5与第一盖板2a使用法兰连接，通过绝缘垫实现密封和绝缘。

当然，方体框架2也可以为一体式结构，在此不作限定。

观察窗6上通过紧固件2d镶嵌有透明板2c，透明板2c与支柱2b之间以及支柱2b与第一盖板2a之间均设置有密封圈2e。

透明板2c可以为钢化玻璃，紧固件2d为玻璃压紧件。当然，透明板2c还可以其它材质，在此不作限定。

支柱2b呈弯折状，相邻的两个支柱2b之间形成用于容纳第一盖板2a或第二盖板的凹槽。具体地，支柱2b包括依次连接的第一壁、第二壁和第三壁，第一壁和第三壁均与第二壁垂直，且第一壁和第三壁分别位于第二壁的两侧。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。