棒束通道内棒壁面二维温度场测量装置

1.本发明涉及核反应堆热工水力实验温度测量技术领域，具体地，涉及棒束通道内棒壁面二维温度场测量装置。


背景技术：

2.绝大部分水冷核反应堆的堆芯都是由棒状燃料元件组成，对于棒状燃料最高温度的计算是一个非常重要的问题，因此，研究棒状燃料的流动传热现象及其发生机理很重要。想要获得棒束与冷却剂之间的传热系数，加热棒内壁面温度是必不可少的参数。
3.在实验研究中，通过采用中空的电加热棒来模拟堆芯的燃料棒产生能量。对于空心加热棒而言，比较常见的布置方法是选取直径较小的热电偶布置在加热棒内壁面的轴向不同高度上，从而获得该位置处的内壁温度。但由于加热棒内部尺寸较小，这种做法可以布置的热电偶数量极少，无法获得加热棒内壁面精细化的二维温度分布，进而无法得到棒束与冷却剂之间的精细化传热特性。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种棒束通道内棒壁面二维温度场测量装置，可以直接测量加热棒内壁面精细化的轴向温度分布，且通过驱动模块在不同周向角度上进行测量，从而获得加热棒内壁面二维温度场。
5.本发明提供了一种棒束通道内棒壁面二维温度场测量装置，包括：
6.加热棒，所述加热棒具有中空结构；
7.绝缘棒，所述绝缘棒设于所述加热棒的中空结构内；
8.驱动模块，所述驱动模块用于驱动所述绝缘棒绕沿其中心轴线旋转；
9.温度测量模块，所述温度测量模块嵌设于所述绝缘棒外侧壁上，所述温度测量模块用于获得所述加热棒内壁面温度分布。
10.在本发明的一实施例中，所述温度测量模块包括光纤光栅温度传感器，所述光纤光栅温度传感器外包裹有绝缘层。
11.在本发明的一实施例中，所述绝缘棒外侧壁上设置有与所述温度测量模块外壁形状相适配的凹槽，所述温度测量模块部分嵌设于所述凹槽内，所述温度测量模块朝向所述加热棒内壁面的一侧与所述加热棒内壁接触。
12.在本发明的一实施例中，所述绝缘棒外侧壁上还设有朝向所述加热棒内壁面的凸起，所述温度测量模块位于所述凹槽外的部分与所述凸起以所述绝缘棒中心轴为对称轴对称设置。
13.在本发明的一实施例中，所述光纤光栅温度传感器包括多个温度测点，多个所述温度测点沿所述光纤光栅温度传感器长度方向依次均匀分布。
14.在本发明的一实施例中，所述温度测量模块直径不低于1mm。
15.在本发明的一实施例中，所述光纤光栅温度传感器轴向温度测量分辨率不低于
1mm。
16.在本发明的一实施例中，所述绝缘棒每次周向旋转角度不低于2
°
。
17.在本发明的一实施例中，所述驱动模块为旋转电机。
18.在本发明的一实施例中，所述绝缘棒为实心陶瓷棒。
19.与现有技术相比，本发明的实施例具有如下的有益效果：
20.本发明实施例提供的棒束通道内棒壁面二维温度场测量装置，通过温度测量模块可以直接测量加热棒内壁面精细化的轴向温度分布，且通过驱动模块驱动绝缘棒旋转，带动温度测量模块旋转，使温度测量模块在不同周向角度上进行测量，从而获得加热棒内壁面二维温度场，对研究棒状燃料的流动传热现象及其发生机理具有重要意义。
附图说明
21.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
22.图1为本发明中棒束通道内棒壁面二维温度场测量装置的主视结构示意图；
23.图2为本发明中棒束通道内棒壁面二维温度场测量装置的俯视结构示意图。
24.各标记与部件名称对应关系如下：
25.驱动模块1、绝缘棒2、加热棒3、温度测量模块4。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
27.实施例1
28.参照图1及图2所示，本实施例提供了一种棒束通道内棒壁面二维温度场测量装置，包括：
29.加热棒3，加热棒3具有中空结构；
30.绝缘棒2，绝缘棒2设于加热棒3的中空结构内；
31.驱动模块1，驱动模块1用基于驱动绝缘棒2绕其自身中心轴线旋转；
32.温度测量模块4，温度测量模块4嵌设于绝缘棒2外侧壁上，温度测量模块4用于获得加热棒3内壁面温度分布。
33.其中，温度测量模块4包括光纤光栅温度传感器，光纤光栅温度传感器外包裹有绝缘层。温度测量模块4直径(包裹有绝缘层的光纤光栅温度传感器的直径)不低于1mm，光纤光栅温度传感器轴向温度测量分辨率不低于1mm。
34.加热棒3的中心轴线与绝缘棒2的中心轴线相互重合，光纤光栅温度传感器的长度方向与绝缘棒2的轴向长度方向一致。
35.绝缘棒2外侧壁上设置有与温度测量模块4外壁形状相适配的凹槽，温度测量模块4部分嵌设于凹槽内，温度测量模块4朝向加热棒3内壁面的一侧与加热棒3内壁面接触。
36.其中，绝缘棒2外侧壁上还设置有朝向加热棒3内壁面的凸起，温度测量模块4部分
嵌设于凹槽内后，温度测量模块4位于凹槽外的部分与凸起以绝缘棒2的中心轴为对称轴对称设置，使得旋转模块驱动绝缘棒2旋转时，绝缘棒2的旋转运动时位置不会发生偏移，保证温度测量模块4始终绕加热棒3中心轴线进行旋转运动，保证加热棒3内壁面二维温度场测量的准确性、有效性。
37.本实施例中的光纤光栅温度传感器包括多个温度测点，多个温度测点沿光纤光栅温度传感器长度方向依次均匀分布，测量加热棒3内壁面精细化的轴向温度分布。另外，需要说明地是多个温度测点也可非均匀分布，可根据实际测量需求分布在轴向任意位置。
38.本实施例中的绝缘棒2每次周向旋转角度不低于2
°
。需要注意地是，绝缘棒2每次周向旋转角度并不局限于上述选择，本领域技术人员可以根据实际需要对绝缘棒2每次周向旋转角度进行调整。
39.本实施例中的驱动模块1为旋转电机。
40.本实施例中的绝缘棒2为实心陶瓷棒。
41.本实施例中的棒束通道内棒壁面二维温度场测量装置用于加热棒3内壁面温度测量时，沿光纤光栅温度传感器高度方向分布的多个温度测点对加热棒3内避免轴向温度分布进行测量，旋转电机驱动绝缘棒2旋转，绝缘棒2带动温度测量模块4沿其周向运动，绝缘棒2每次周向旋转角度为n
°
，每旋转运动n
°
，停留t秒，在停留时间内光纤光栅温度传感器采集一次加热棒3内壁面轴向温度分布，共旋转m次，完成360
°
角的测量，进而获得加热棒3内壁面二维温度场；其中，m为大于等于1的整数，n
×
m＝360。
42.本实施例中的棒束通道内棒壁面二维温度场测量装置，可用于开展棒状燃料的流动与传热实验研究。
43.实施例2
44.本实施例提供了一种棒束通道内棒壁面二维温度场测量装置，与实施例1中的棒束通道内棒壁面二维温度场测量装置相比，本实施例中具体限定了光纤光栅温度传感器的尺寸为：直径1mm、长度1200mm，光纤光栅温度传感器上沿其长度方向均匀设有60个温度测点，相邻两个测点间距为20mm，实心陶瓷棒的尺寸为：直径7mm、轴向长度1200mm，实心陶瓷棒外侧壁上设置有直径为1mm的半圆柱形凹槽，实心陶瓷棒外侧壁上还设有朝向加热棒3内壁面的直径为1mm半圆柱形凸起，半圆柱形凹槽与半圆柱形凸起，温度测量模块4部分嵌设于半圆柱形凹槽内后，温度测量模块4位于半圆柱形凹槽外的部分与半圆柱形凸起以所述陶瓷棒的中心轴为对称轴对称设置，使得旋转模块驱动绝缘棒2旋转时，绝缘棒2的旋转运动时位置不会发生偏移，保证温度测量模块4始终绕加热棒3中心轴线进行旋转运动，保证加热棒3内避免二维温度场测量的准确性、有效性；加热棒3为中空结构，加热棒3的外径为9.5mm、内径为8mm，启动旋转电机，旋转电机以20
°
角为间隔进行周向旋转，每旋转一次，停留90s，停留的时间内通过温度测量模块4采集加热管内壁面轴向温度，共旋转18次，完成360
°
角的测量，获得加热棒3内壁面二维温度场。
45.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。