一种针对矩形通道内空泡份额的激光测量实验装置

技术领域

本发明涉及反应堆工程技术领域，特别是一种针对矩形通道内空泡份额的激光测量实验装置。

背景技术

空泡份额是两相流研究中最基本和最关键的参数之一，也是核反应堆热工水力研究的重点之一，在核动力装置及设备的设计计算中，常常需要比较准确的空泡份额数据。例如蒸汽发生器的再循环倍率，反应堆内冷却剂及慢化剂密度，堆芯中子动力学和堆内冷却剂流动不稳定性等，都与两相流体的空泡份额有很大关系。在核动力工业中，空泡份额与系统运行参数、流道结构尺寸与流动状况等密切相关，一般难以用理论公式确定，其主要依赖实验方法来测得。现有对于空泡份额的实验研究很多，但大多为圆管流动研究。在以平板型燃料元件为堆芯设计的核动力装置中，流道结构为矩形窄缝形式。汽泡在窄缝通道内不能自由发展，其空泡份额特点和相分布特性与圆管不同，基于圆管内实验数据开发的经验关系式，很难满足矩形通道工程设计的要求。

而激光技术是解决矩形通道中空泡份额测量问题的有效方法。目前，气液两相流的空泡份额测量存在介入和非介入两种方式。介入法会在一定程度上干扰流场，使用限制较多，而非介入式因为可以在不改变气液原有运动状况的情况下直接测量空泡份额，相较于介入式有明显的优势。激光测量法是利用光在穿过不同介质时反射率不同来测量，不会破坏管道中的流场和温度场的自然分布，是解决矩形通道中的空泡份额测量问题的首选方案。

但发明人发现，在利用激光技术去测量矩形通道中空泡份额时，存在一定局限性，特别在管道的固定上。现在常用的夹持方式都是两个通过夹板固定住管道的两侧，而夹板基于螺纹配合完成固定的，实验人员如若想要固定管道，需要反复去旋转固定螺钉，不仅实验效率较为低下，实验人员的劳动强度也较高。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述的问题，提出了本发明。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种针对矩形通道内空泡份额的激光测量实验装置，其包括，外框体，设于所述外框体端面的第一连接通道和分别设于所述外框体端面两侧的放射设备和探测设备；以及，通过贯穿所述第一连接通道而进入至所述外框体内的管道；以及，导流组件，包括有活动设置于所述外框体内的安装架、贯穿开设于所述安装架端面的第二连接通道和转动设于所述安装架内的导流轮，且所述安装架内还一体成型有用于收纳管道的置物板。

作为本发明所述针对矩形通道内空泡份额的激光测量实验装置的一种优选方案，其中：所述外框体的端面设有传动组件，且传动组件包括有压板，且所述压板的一端开设有引流端，所述压板的另一端螺接有立柱，且所述立柱的另一端延伸至所述外框体内并与所述安装架的端面接触；所述外框体的外壁活动设有抽屉盒。

作为本发明所述针对矩形通道内空泡份额的激光测量实验装置的一种优选方案，其中：所述安装架的外壁螺接有连接框，所述连接框在远离所述安装架的一端设有驱动盘，且所述驱动盘的外壁一侧设有导柱。

作为本发明所述针对矩形通道内空泡份额的激光测量实验装置的一种优选方案，其中：所述导流轮的外壁贯穿开设有可与所述导柱发生活动配合的传动槽。

作为本发明所述针对矩形通道内空泡份额的激光测量实验装置的一种优选方案，其中：还包括有连接组件，且所述连接组件包括有固定轮以及活动套设于所述固定轮外的传动齿轮。

作为本发明所述针对矩形通道内空泡份额的激光测量实验装置的一种优选方案，其中：所述外框体的内壁设有可与所述传动齿轮进行啮合配合的传动齿板；所述固定轮的位置位于所述驱动盘外壁，且所述固定轮与所述驱动盘的轴心保持一致。

作为本发明所述针对矩形通道内空泡份额的激光测量实验装置的一种优选方案，其中：所述固定轮的外壁阵列设有若干个凸起，且所述凸起的外壁活动设有抵触板，所述抵触板的端面设有第一弹性件，且所述第一弹性件的一端与所述固定轮的外壁连接。

作为本发明所述针对矩形通道内空泡份额的激光测量实验装置的一种优选方案，其中：所述传动齿轮的内壁开设有容纳通道，且所述容纳通道内设有可与所述抵触板卡接的抵触槽。

作为本发明所述针对矩形通道内空泡份额的激光测量实验装置的一种优选方案，其中：所述外框体内还设有复位组件，且所述复位组件包括有设于所述外框体内端面的连接滑槽。

作为本发明所述针对矩形通道内空泡份额的激光测量实验装置的一种优选方案，其中：所述连接滑槽内滑动设有两个复位滑块，且两个所述复位滑块的端面均转动连接有复位杆，且所述复位杆在远离所述复位滑块的一端与所述安装架铰接；

所述连接滑槽内对称设有两个第二弹性件，且两个第二弹性件的一端分别与两个复位滑块的外壁连接。

本发明的有益效果：在对管道进行测量时，仅需将管道插入至外框体内即可，多个连接通道足以完成管道的固定，而本发明通过还设置导流组件还可将需要进行测量的管道进行统一收集，有效提高测量效率，解决现有技术中存在的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明中的整体及其局部放大结构示意图。

图2为本发明中的整体前视剖面结构示意图。

图3为本发明中的导流轮结构示意图。

图4为本发明中的“A”部结构放大示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1～4，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种针对矩形通道内空泡份额的激光测量实验装置，在对管道进行测量时，仅需将管道插入至外框体100内即可，多个连接通道足以完成管道的固定，而本发明通过还设置导流组件200还可将需要进行测量的管道进行统一收集。

具体的，外框体100，设于外框体100端面的第一连接通道100a和分别设于外框体100端面两侧的放射设备J-1和探测设备J-2；以及，通过贯穿第一连接通道100a而进入至外框体100内的管道；以及，导流组件200，包括有活动设置于外框体100内的安装架201、贯穿开设于安装架201端面的第二连接通道201a和转动设于安装架201内的导流轮202，且安装架201内还一体成型有用于收纳管道的置物板201b。

其中，安装架201可在外框体100内进行垂直方向上的位移，而将管道插入至外框体100内时，管道将依次通过第一连接管道100a和第二连接管道201并与导流轮202接触，即完成管道的固定。

需要说明的是，在不介入流道、不干扰流动的前提下，利用激光在不同介质中具有不同的反射率，通过放置在屏蔽室内的激光源经准直器后形成的激光穿过流道，由流道另一侧的探测器接收衰减后的激光信号，由激光的入、出射强度可以得出流道内的空泡份额。

由于流道的不同尺寸会直接影响激光的衰减过程，因此针对不同工况下的测量过程，激光源和探测器的选择均会发生变化，以满足测量精度的要求。

激光的穿透能力随能量增加而增大，水和空气对激光的阻止本领都很低，而且两者的差异很小，理论上激光能量应尽可能小；但是，还必须考虑管壁对激光的影响，所以应综合考虑，选择合适能量的放射设备J-1和探测设备J-2。

要获得满足测量需求的窄束激光，应当在放射设备J-1后设置准直器(前准直器)，在探测设备J-2前放置准直器(后准直器)。放射设备J-1、准直器和探测设备J-2是轴向对称配置的。

在具体测量过程中，可分别测量流道中全气和全水状态下放射设备J-1的激光强度Ng和Nf；再测量稳定两相流情况下放射设备J-1对激光强度的计数N；最后将Ng、Nf和N带入下列公式中，

以得到该工况下的空泡份额。

优选的，外框体100的端面设有传动组件101，且传动组件101包括有压板101a，且压板101a的一端开设有引流端101a-1，压板101a的另一端螺接有立柱101b，且立柱101b的另一端延伸至外框体100内并与安装架201的端面接触；外框体100的外壁活动设有抽屉盒100b。

其中，传动组件101在该实施例中可起辅助作用，即帮助实验人员更好的将管道放入至第一连接通道100a内，而下面的实施例中，该传动组件101通过压板101a与立柱101b的连接，使其还可推动安装架201进行垂直方向上的位移，这点在此不作过多阐述。

而抽屉盒100b可收集从导流轮202上掉落的管道，以便实验人员的拿取。

实施例2

参照图1～4，为本发明第二个实施例，该实施例基于上一个实施例，不同的是，提供一种导流组件200收集管道的方式。

具体的，安装架201的外壁螺接有连接框201c，连接框201c在远离安装架201的一端设有驱动盘203，且驱动盘203的外壁一侧设有导柱203a。驱动盘203可发生自转，为提高运动时的稳定性，该驱动盘203由两组组成，并由导柱203a进行连接，且导柱203a被设置在远离驱动盘203轴向的位置。

导流轮202的外壁贯穿开设有可与导柱203a发生活动配合的传动槽202a。其中，传动槽202a具备两种作用，其一是，该传动槽202a与导柱203a进行配合，以使得驱动盘203带动导流轮202进行旋转；其二是，管道通过各个连接通道，其一端将进入至传动槽202a内，而当导流轮202旋转时，管道从传动槽202a内脱落，以进入至置物板201b，从而方便实验人员拿取。

还包括有连接组件300，且连接组件300包括有固定轮301以及活动套设于固定轮301外的传动齿轮302。外框体100的内壁设有可与传动齿轮302进行啮合配合的传动齿板100c；固定轮301的位置位于驱动盘203外壁，且固定轮301与驱动盘203的轴心保持一致。其中，当传动齿轮302与传动齿轮100c发生啮合时，传动齿轮302将通过固定轮301而带动驱动盘203进行旋转。

固定轮301的外壁阵列设有若干个凸起301a，且凸起301a的外壁活动设有抵触板303，抵触板303的端面设有第一弹性件303a，且第一弹性件303a的一端与固定轮301的外壁连接。其中，第一弹性件303a为压缩弹簧，如图4所示，当抵触板303与凸起301a的端面位于同一平面时，此时抵触板303以旋转至最大角度。

传动齿轮302的内壁开设有容纳通道302a，且容纳通道302a内设有可与抵触板303卡接的抵触槽302a-1。只有当抵触板303旋转至最大角度时，抵触板303才将与抵触槽302a-1接触，在此实施例，抵触板303的数量有四组，以确保将传动齿轮302与固定盘301同心。

综上，在对管道进行测量前的固定时，可将管道从第一连接通道100a内插入，管道将贯穿第二连接通道201a而进入到传动槽202a内。此时，可对管道进行测量实验，当测量结束后，实验人员可通过按压传动组件101内的压板101a，在立柱101b的连接下，使得安装架201垂直向下，而安装架201具备一定复位能力。

安装架201在向下运动时，传动齿轮302将发生逆时针旋转，而其因容纳通道302a的设置而无法与传动齿板100c进行啮合，容纳通道302a内的抵触槽202a将不断挤压抵触板303，使得传动齿轮302与固定轮301不同心，直至导流轮202带动管道进入至外框体100内靠近中间位置时，安装架201开始回弹。

安装架201在回弹过程中，传动齿轮302将因传动齿板100c而发生顺时针旋转，此时容纳通道302a内的抵触槽202a将与抵触板303相互抵触，使得传动齿轮302被固定在固定轮301上，并保持同心。传动齿轮302也将与传动齿板100c进行啮合，带动固定轮301进行旋转。

旋转状态下的固定轮301将通过导柱203a与传动槽202a的配合，使得导流轮202进行旋转，也即，当驱动盘203旋转一圈时，导流轮202旋转72度，如若导流轮202上仅有一个管道，那导流轮202旋转两次后，管道将受重力影响而掉落至置物板201b中。

需要额外说明的是，当测量完一个管道，需要对另一管道进行测量时，传动组件101升起将为测量信号，也即，当安装架201复位时，直至将压板101a完全顶起则说明其以完全复位，此时插入管道，管道才可进入至传动槽202a内。

实施例3

参照图1～4，为本发明第三个实施例，该实施例基于上一个实施例，不同的是，提供一种可供安装架201进行复位的方式。

具体的，外框体100内还设有复位组件400，且复位组件400包括有设于外框体100内端面的连接滑槽401a。连接滑槽401a内滑动设有两个复位滑块401，且两个复位滑块401的端面均转动连接有复位杆402，且复位杆402在远离复位滑块401的一端与安装架201铰接；其中，连接滑槽401a用于提供复位滑块401进行水平方向上的位移。

连接滑槽401a内对称设有两个第二弹性件403，且两个第二弹性件403的一端分别与两个复位滑块401的外壁连接。其中，第二弹性件403为压缩弹簧。

综上，当安装架201具备一定下压力时，将通过两个复位杆402驱使两个复位滑块401相互远离，而两个复位滑块401相互远离这一过程中，第二弹性件403发生形变，即使得安装架201具备一定回弹能力。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。