一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括：流體信息測量模塊，用于測量主管和射管上游流體的溫度和流速信息；函數(shù)建立模塊，用于建立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速比關(guān)系的第一函數(shù)，與主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)；內(nèi)壁面溫度計算模塊，用于接收流體信息測量模塊測量的主管和射管上游流體的溫度和流速信息，調(diào)用函數(shù)建立模塊建立的第一函數(shù)和第二函數(shù)，計算獲得內(nèi)壁面溫度。本發(fā)明通過分析主管和射管之間不同流速比值下流體的相互作用影響，構(gòu)造主管、射管流速比與某點內(nèi)壁溫度的函數(shù)建立模塊，在獲取主管和射管的流速及流體信息后，求解其內(nèi)壁溫度信息。
【專利說明】
一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及三通結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息監(jiān)測的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于核電站的三通 構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在反應(yīng)堆安注系統(tǒng)和化學(xué)容積控制系統(tǒng)中存在上充管嘴等三通構(gòu)件，這些構(gòu)件的 射流分別以45°或90°傾角入射主流。入射流體和主流體之間的劇烈混合以及紊流射流之間 較大的瞬態(tài)溫差使得構(gòu)件和流體之間的換熱十分劇烈，進(jìn)而使構(gòu)件頻繁承受熱沖擊，引起 金屬管壁的溫度在徑向、軸向、周向的不均勻分布，產(chǎn)生熱應(yīng)力誘發(fā)熱疲勞現(xiàn)象。在實際工 程中為避免管道出現(xiàn)熱疲勞失效，需要對易疲勞敏感區(qū)域進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測。作為熱疲勞 監(jiān)測的基礎(chǔ)，首先需要了解上述部件中發(fā)生不同流體溫度和速度攪混時的金屬管壁溫度溫 度場的變化規(guī)律。
[0003] 當(dāng)流體流速較高時，在合流處冷熱流體便開始充分?jǐn)嚮?，攪混區(qū)域的流體溫度發(fā) 生劇烈變化，從而引發(fā)該區(qū)域或下游管道熱疲勞，形成熱沖擊，如圖1所示。當(dāng)流體流速較低 時，由于水不同溫度下的密度不同及重力作用影響，在合流處水平段會先形成冷熱流體的 分層，經(jīng)過一段距離后才會發(fā)生完全攪混，如圖2所示。可見，主管和射管流速不同時，對攪 渾區(qū)及管道下游的影響也不盡相同。
[0004] 在現(xiàn)有技術(shù)中，美國EPRI開發(fā)的FatiguePro系統(tǒng)是目前應(yīng)用較廣的疲勞監(jiān)測系 統(tǒng)，如圖3所示。
[0005] 基于電廠現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行在線疲勞監(jiān)測，雖然可以降低工程建設(shè)成本，也可以減少 維修成本，但是其存在一些較為明顯的技術(shù)缺陷：
[0006] -、應(yīng)用范圍受限
[0007] 1)、核電廠一般一個回路只有6個測溫元件，僅依靠其6個溫度數(shù)據(jù)很難有效兼顧 輔助管道與主管道冷熱交匯的區(qū)域，例如安全注入系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、波動管等；
[0008] 2)、現(xiàn)有的方法是基于已有的電廠瞬態(tài)信息，并在數(shù)據(jù)庫中尋找與之匹配的溫度 信息，但在發(fā)生不可預(yù)計的擾動或事件時，原傳遞函數(shù)的準(zhǔn)確性將下降甚至完全失效；
[0009] 3)、對于非EPRI現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中的堆型（例如堆芯、工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化），若之前 的試驗數(shù)據(jù)庫中沒有與之匹配的模型，則該方法基本不適用，需重新建立數(shù)學(xué)模型及與之 對應(yīng)的傳遞函數(shù)。
[0010]二、溫度數(shù)據(jù)實時性及準(zhǔn)確性欠佳
[0011] 1)、一回路現(xiàn)有測溫元件一般采用熱電阻，相對熱電偶，其響應(yīng)時間較差；
[0012] 2)、一般情況下，很難確認(rèn)射管內(nèi)流體的溫度信息，將導(dǎo)致傳遞函數(shù)法的準(zhǔn)確性下 降；
[0013] 3)、一回路測溫點與敏感區(qū)域需求點之間，若還存在其他三通接口、節(jié)流孔板、閥 門等，也同樣導(dǎo)致傳遞函數(shù)的準(zhǔn)確性下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面 溫度測量系統(tǒng)及方法，通過分析主管和射管之間不同流速比值下流體的相互作用影響，構(gòu) 造主管、射管流速比與某點內(nèi)壁溫度的函數(shù)建立模塊，在獲取主管和射管的流速及流體信 息后，根據(jù)不同敏感區(qū)域的函數(shù)建立模塊，求解其內(nèi)壁溫度信息。
[0015] 本發(fā)明就上述技術(shù)問題而提出的技術(shù)方案如下：
[0016]本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)，該三通構(gòu)件包括主管和與 所述主管交匯的射管，并包括：
[0017] 流體信息測量模塊:用于測量所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息；
[0018] 函數(shù)建立模塊：用于建立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速 比關(guān)系的第一函數(shù)，與主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)；
[0019] 內(nèi)壁面溫度計算模塊:分別與流體信息測量模塊，函數(shù)建立模塊連接，用于接收流 體信息測量模塊測量的所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息，調(diào)用函數(shù)建立模塊建 立的第一函數(shù)和第二函數(shù)，計算獲得所述內(nèi)壁面溫度。
[0020] 在本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)中，所述流體信息測量模 塊包括：
[0021] 溫度測量模塊，用于測量主管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體溫度T。和射 管的流體溫度Ti;
[0022] 流速測量模塊，用于測量主管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管入口流速V。和射管 入口流速Vi。
[0023] 在本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)中，所述函數(shù)建立模塊包 括：
[0024] 無量綱溫度計算單元，用于基于主管入口流速V。和射管入口流速1數(shù)值，計算流速 比VR，結(jié)合CFD數(shù)值計算獲得對應(yīng)的無量綱溫度m。
[0025] 在本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)中，所述三通構(gòu)件內(nèi)壁面 無量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速比關(guān)系的第一函數(shù)為：
[0026] m= φ XVR,
[0027] 其中，Φ為各疲勞敏感點的傳遞函數(shù);VR = Vi/V。。
[0028] 在本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)中，所述主管流體溫度、 射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)為：
[0030] 其中，T為三通構(gòu)件內(nèi)某點的內(nèi)壁面溫度。
[0031] 在本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)中，所述流速測量模塊包 括：
[0032] 超聲波流量計，布置在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)，用于測 量主管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管入口流速V。和射管入口流速Vi。
[0033] 在本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)中，所述溫度測量模塊包 括：
[0034] 熱電偶，布置在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)，用于測量主 管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體溫度T。和射管的流體溫度1\。
[0035] 在本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)中，所述內(nèi)壁面溫度計算 豐吳塊包括：
[0036]控制容積法計算單元，用于采用控制容積法，基于三通構(gòu)件外壁上的節(jié)點溫度，中 間層的節(jié)點溫度，內(nèi)壁上的節(jié)點溫度，計算獲得三通構(gòu)件對應(yīng)點的內(nèi)壁溫度信息。
[0037]本發(fā)明還相應(yīng)地提出用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量方法，包括以下步 驟：
[0038] S1、分別獲取所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息；
[0039] S2、分別建立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射流速比關(guān)系的第一 函數(shù)，與主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)；
[0040] S3、根據(jù)所述主管和射管流速信息結(jié)合第一函數(shù)，計算獲得所述內(nèi)壁面無量綱溫 度；
[0041] 根據(jù)所述主管和射管上游流體的溫度、所述內(nèi)壁面無量綱溫度和第二函數(shù)計算獲 得所述內(nèi)壁面溫度。
[0042]由于在本發(fā)明方案中，用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)包括:流體信 息測量模塊，用于測量所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息；函數(shù)建立模塊，用于建 立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速比關(guān)系的第一函數(shù)，與主管流體 溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)；內(nèi)壁面溫度計算模塊，分別與流體信息 測量模塊，函數(shù)建立模塊連接，用于接收流體信息測量模塊測量的所述主管和射管上游流 體的溫度和流速信息，調(diào)用函數(shù)建立模塊建立的第一函數(shù)和第二函數(shù)，計算獲得所述內(nèi)壁 面溫度。本發(fā)明的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)及方法可以在不破壞一回路管道結(jié)構(gòu)的前 提下相對準(zhǔn)確地獲知管道內(nèi)壁面溫度分布信息，為疲勞評估的熱應(yīng)力計算提供數(shù)據(jù)輸入， 本發(fā)明的技術(shù)方案基于CFD技術(shù)建立監(jiān)測點的函數(shù)建立模塊，只需獲取主、射管道的溫度及 流量信息即可計算內(nèi)壁面溫度，可適用于電廠不同工況，包括非預(yù)期的異常工況，也同樣適 用于工藝系統(tǒng)改造升級或改造引起的瞬態(tài)變化。
【附圖說明】
[0043]圖1為冷熱流體在三通結(jié)構(gòu)處高速交匯示意圖；
[0044] 圖2為冷熱流體在三通結(jié)構(gòu)處低速交匯示意圖；
[0045] 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的FatiguePro系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集示意圖；
[0046] 圖4為本發(fā)明實施例提供的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框 圖；
[0047] 圖5為本發(fā)明實施例提供的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)的另一種 結(jié)構(gòu)框圖；
[0048]圖6為本發(fā)明實施例提供的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量方法流程圖； [0049]圖7為本發(fā)明實施例提供的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量方法的另一種 流程圖；
[0050] 圖8本發(fā)明實施例提供的用于核電站的三通結(jié)構(gòu)主管、射管流量、溫度測量示意 圖；
[0051] 圖9為本發(fā)明實施例提供的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量方法中的控制 容積法原理圖。
【具體實施方式】
[0052]本發(fā)明實施例提供了一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)及方法，可 應(yīng)用于核電、火電、石油化工廠等存在冷熱水交匯三通結(jié)構(gòu)區(qū)域，間接獲取三通攪渾區(qū)內(nèi)壁 面溫度分布信息，為熱疲勞分析提供輸入數(shù)據(jù)，也可以用作三通結(jié)構(gòu)的上游管道閘閥、截止 閥等泄漏與否的輔助判斷工具。
[0053]本發(fā)明實施例提供了一種三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)及方法，該三通構(gòu)件包括 主管和與所述主管交匯的射管，三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)包括:流體信息測量模塊1， 用于測量所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息；函數(shù)建立模塊2，用于建立三通構(gòu)件 內(nèi)壁面無量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速比關(guān)系的第一函數(shù)，與主管流體溫度、射管流 體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)；內(nèi)壁面溫度計算模塊3,分別與流體信息測量模塊， 函數(shù)建立模塊連接，用于接收流體信息測量模塊測量的所述主管和射管上游流體的溫度和 流速信息，調(diào)用函數(shù)建立模塊建立的第一函數(shù)和第二函數(shù)，計算獲得所述內(nèi)壁面溫度。 [0054]可見，本發(fā)明方案通過分析主管和射管之間不同流速比值下流體的相互作用影 響，構(gòu)造主管、射管流速比與某點內(nèi)壁溫度的函數(shù)建立模塊，在獲取主管和射管的流速及流 體信息后，根據(jù)不同敏感區(qū)域的函數(shù)建立模塊，求解其內(nèi)壁溫度信息?？梢栽诓黄茐囊换芈?管道結(jié)構(gòu)的前提下相對準(zhǔn)確地獲知管道內(nèi)壁面溫度分布信息，為疲勞評估的熱應(yīng)力計算提 供數(shù)據(jù)輸入，并采用被測區(qū)域附近的實測數(shù)據(jù)作為輸入信息，準(zhǔn)確性相對提高，本發(fā)明方案 基于CH)技術(shù)建立監(jiān)測點的函數(shù)建立模塊，只需獲取主、射管道的溫度及流量信息即可計算 內(nèi)壁面溫度，可適用于電廠不同工況，包括非預(yù)期的異常工況，也同樣適用于工藝系統(tǒng)改造 升級或改造引起的瞬態(tài)變化。
[0055]為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實施方式對上 述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實施例以及實施例中的具體特征是對本申請 技術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對本申請技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本發(fā)明實施 例以及實施例中的技術(shù)特征可以相互組合。
[0056]請參考圖4,本申請實施例提供了一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系 統(tǒng)，包括：
[0057]流體信息測量模塊1:用于測量所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息。
[0058]進(jìn)一步的，如圖5所示，本發(fā)明的流體信息測量模塊1包括：
[0059] 溫度測量模塊11，用于測量主管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體溫度T。和 射管的流體溫度Ti;
[0060] 流速測量模塊12,用于測量主管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管入口流速V。和射 管入口流速Vi。
[0061 ]函數(shù)建立模塊2:用于建立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速 比關(guān)系的第一函數(shù)，與主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)。對于橫 向射流，PiVi/PoV。是射流和主流的動量通量比，代表單位時間、單位面積上射流的動量和主 流的動量比值。若射流與主流采用同一種流體，無密度差，此時，流速比相同意味射流與主 流的動量通量比相同，等價于射流與主流間相互作用的情況相同，即在流速比相同而主支 管流速不同時，三通構(gòu)件內(nèi)的流動情況差異較少，此為函數(shù)建立模塊的理論基礎(chǔ)。
[0062] 內(nèi)壁面溫度計算模塊3:分別與流體信息測量模塊1，函數(shù)建立模塊2連接，用于接 收流體信息測量模塊1測量的所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息，調(diào)用函數(shù)建立 模塊2建立的第一函數(shù)和第二函數(shù)，計算獲得所述內(nèi)壁面溫度。
[0063] 進(jìn)一步，請參考圖5,所述函數(shù)建立模塊2包括：
[0064] 無量綱溫度計算單元21，用于基于主管入口流速V。和射管入口流速1數(shù)值，計算流 速比VR，結(jié)合CFD數(shù)值計算獲得對應(yīng)的無量綱溫度m。
[0065] 對近壁面溫度變化定量分析，采用主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān) 系的第二函數(shù)來表示:T=m(Ti-T Q)+TQ，也即：
(1)
[0067]式中：
[0068] T--三通構(gòu)件內(nèi)某點的內(nèi)壁面溫度，K;
[0069] To--主管流體溫度，K;
[0070] Ti--射流管流體溫度，K。
[0071] 當(dāng)m為0時，近壁面處溫度與主管來流溫度相同，壁面沒有受到熱沖擊;m為1時，近 壁面處溫度與射流管流體溫度相同，壁面受到的熱沖擊最大，由此引起的熱應(yīng)力也就越高。 [0072]在具體實施過程中，所述三通構(gòu)件內(nèi)壁面無量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速 比關(guān)系的第一函數(shù)為：
[0074]式中，
[0075] ￥1?:流速比定義為￥1? = ￥^。；
[0076] Vi--射管入口流速，m/s;
[0077] V〇--主管入口流速，m/s;
[0078] Φ一一各疲勞敏感點的傳遞函數(shù)。
[0079] 進(jìn)一步，請參考圖5和圖8,流速測量模塊11包括：
[0080] 超聲波流量計80,布置在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)，用于 測量主管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管入口流速V。和射管入口流速1。若主管或射管上游 直管段區(qū)域存在流量傳感器，且該流量傳感器至三通攪渾區(qū)之間不存在影響流場穩(wěn)定性的 其他因素(例如存在其他三通結(jié)構(gòu)或節(jié)流孔板等），則直接調(diào)用該流量(流速)信號而不再設(shè) 置流量計;若主管、射管上游無法獲取流體流速信號，則在攪渾區(qū)上游5D~10D(D代表管徑） 管道外側(cè)各布置一對時差式超聲波流量計80，在線實時測量流體流速信息。
[0081] 進(jìn)一步，請參考圖5和圖8,溫度測量模塊12包括：
[0082]熱電偶90,布置在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)，用于測量主 管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體溫度T。和射管的流體溫度。若主管或射管上游直 管段區(qū)域存在溫度傳感器，且該流溫度傳感器至三通攪渾區(qū)之間不存在影響流場穩(wěn)定性的 其他因素(例如存在其他三通結(jié)構(gòu)或熱分層現(xiàn)象等），則直接調(diào)用該溫度信號而不再設(shè)置溫 度傳感器;若主管、射管上游無法獲取流體溫度信號，則在攪渾區(qū)上游5D~10D(D代表管徑） 管道外側(cè)各布置一圈熱電偶90,采用控制容積法求解管道對應(yīng)點的內(nèi)壁溫度信息。
[0083]在具體實施過程中，獲取主管、射管上游5D~10D(D代表管徑）相對穩(wěn)定區(qū)域處流 體的溫度(T。和Ti)及流速(V。和Vi)信息；
[0084] 計算流速比VR = Vi/V。，結(jié)合CFD數(shù)值計算得到的某點的m-VR曲線，得到其對應(yīng)的無
量綱溫度值。
[0085] 根據(jù) ·及已經(jīng)獲知主管和射管的流體溫度^和!^，計算得到某點的內(nèi)壁面 溫度值T。
[0086] 進(jìn)一步，請參考圖5和圖9，內(nèi)壁面溫度計算模塊3包括：
[0087]控制容積法計算單元31，用于采用控制容積法，基于三通構(gòu)件外壁上的節(jié)點溫度， 中間層的節(jié)點溫度，內(nèi)壁上的節(jié)點溫度，計算獲得三通構(gòu)件對應(yīng)點的內(nèi)壁溫度信息。
[0088]進(jìn)一步，所述控制容積法如下：
[0089] 溫度分布取決于徑向方向的三個節(jié)點：外壁上的節(jié)點，中間層的節(jié)點，內(nèi)壁上的節(jié) 點。該方法的特點在于，為了確定[1][4]的溫度分布，需要測量[3][1]、[3][2]、[3][3]、[3]
[4] 、[3][5]、[3][6]、[3][7]的溫度。節(jié)點[3][1]、[3][2]、[3][3]、[3][4]、[3][5]、[3][6]、
[3] [7]位于容易測量的外壁，通過安裝熱電偶來測量溫度。根據(jù)邊界條件，可以知道q[3]
[1]、9[3][2]、(1[3][3]、(1[3][4]、(1[3][5]、(1[3][6]、(1[3][7]均為0，其中(1[3][1]、(1[3][2] 等分別代表環(huán)境與外壁之間的換熱量。為了確定包括內(nèi)表面在內(nèi)的整個橫截面的溫度分 布，采用了逆空間推進(jìn)的方法。在外表面區(qū)域采用控制容積法，列能量守恒方程。
[0090] 對于1'[1][4]，首先構(gòu)建節(jié)點[3][3]的體積單位時間的熱量變化與[3][2]的體積 單位時間的熱量變化、[2][3]的體積單位時間向[3][3]傳遞的熱量、[3][4]的體積單位時 間向[3][3]傳遞的熱量以及外界對外壁節(jié)點[3][3]傳遞的熱量的能量守恒等式；
[0091] 構(gòu)建節(jié)點[3] [4]的體積單位時間的熱量變化與節(jié)點[3][3]的體積單位時間的熱 量變化、節(jié)點[2] [4]的體積單位時間向節(jié)點[3][4]傳遞的熱量、節(jié)點[3][5]的體積單位時 間向節(jié)點[3][4]傳遞的熱量以及外界對外壁節(jié)點[3][4]傳遞的熱量的能量守恒等式； [0092]同理構(gòu)建節(jié)點[3][5]的能量守恒等式；
[0093]其中，節(jié)點[3] [3]、節(jié)點[3][4]以及節(jié)點[3] [5]各自的體積單位時間的熱量變化 由熱能公式Q = cm Δ t即可推導(dǎo)出來;傳遞的熱量由傅里葉公式可得。
[0094]通過構(gòu)建的能量守恒等式得到 1'[2][3]、1'[2][4]、1'[2][5]關(guān)于1'[3][2]、1'[3][3]、 T[3][4]、T[3][5]的表達(dá)式。
[0095] 然后，構(gòu)建節(jié)點[2][4]的體積單位時間的熱量變化與節(jié)點[2][3]的體積單位時間 向節(jié)點[2][4]傳遞的熱量、節(jié)點[3][4]的體積單位時間向節(jié)點[2][4]傳遞的熱量、節(jié)點[2]
[5] 的體積單位時間向節(jié)點[2][4]傳遞的熱量以及[1][4]的體積單位時間向[2][4]的能量 守恒等式。
[0096] 由此，推導(dǎo)出T[l][4]:
[0098] 式中，
[0099] T一一某點的溫度值；
[0100] r一一三通構(gòu)件管道外壁、中間層以及內(nèi)壁至三通構(gòu)件管道軸線的距離；
[0101] Δγ一一管道外壁與內(nèi)壁距離的一半；
[0102] α--管道材料的熱擴(kuò)散率；
[0103] Ψ--角度；
[0104] q--外界對外壁傳遞的熱量；
[0105] t--時間參數(shù)。
[0106] 其他 1'[1][1]、1'[1][2]、1'[1][3]、1'[1][5]、1'[1][6]、1'[1][7]內(nèi)壁面點的溫度可以 同樣方法推導(dǎo)得到。
[0107] 具體的，根據(jù)CFD數(shù)值模擬計算得到的所需測點的溫度值(包括內(nèi)壁溫度、中間層 溫度和外壁溫度），通過公式（1)即
計算出不同流速比下的無量綱溫度，然后采用 Origin軟件按照計算得到的數(shù)據(jù)擬合公式，得到對應(yīng)的函數(shù)建立模塊。即所有監(jiān)測點的函 數(shù)建立模塊在系統(tǒng)運行前需通過數(shù)值的方法計算函數(shù)建立模塊，與FatiguePro系統(tǒng)的本質(zhì) 區(qū)別如下：
[0108] (1)用于數(shù)值計算的數(shù)據(jù)源為附近區(qū)域?qū)崪y數(shù)據(jù)，更為準(zhǔn)確；
[0109] (2)該函數(shù)建立模塊通用性較好，可以適用主、射管道不同流速比攪渾引起的瞬 態(tài)，包括設(shè)計瞬態(tài)，擾動及其他異常工況；
[0110] (3)因不同流速造成的三通內(nèi)部攪渾區(qū)域差異較大，可根據(jù)需要設(shè)置不同的監(jiān)測 點，盡可能布置在焊縫等薄弱區(qū)域。
[0111] 需要指出的是，本實施例中根據(jù)
及已經(jīng)獲知主管和射管的流體溫度T。和 ，計算得到某點的內(nèi)壁面溫度值T，必要時可以采用實驗方法予以驗證。另外，文中的CFD (computational fluid dynamics)為計算流體動力學(xué)。
[0112] 基于同一發(fā)明構(gòu)思，請參考圖6,本發(fā)明實施例還提供了一種用于核電站的三通構(gòu) 件內(nèi)壁面溫度測量方法，包括以下步驟：
[0113] S1、分別獲取所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息；
[0114] S2、分別建立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射流速比關(guān)系的第一 函數(shù)，與主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)；
[0115] S3、根據(jù)所述主管和射管流速信息結(jié)合第一函數(shù)，計算獲得所述內(nèi)壁面無量綱溫 度；
[0116] 根據(jù)所述主管和射管上游流體的溫度、所述內(nèi)壁面無量綱溫度和第二函數(shù)計算獲 得所述內(nèi)壁面溫度。
[0117] 在具體實施過程中，請參考圖7,三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量方法的步驟S1包括子步 驟：
[0118] S11、測量主管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體流速(To)和射管的流體流速 (Ti)；
[0119] S12、測量主管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管入口溫度(V。)和射管入口溫度(Vi)。
[0120] 所述步驟S2包括子步驟：
[0121] S21、基于主管入口流速(V。)和射管入口流速(Vi)數(shù)值，計算流速比(VR)，結(jié)合CFD 數(shù)值計算獲得對應(yīng)的無量綱溫度(m)。
[0122] 所述步驟S3包括子步驟：
[0123] S31、采用控制容積法，基于三通構(gòu)件外壁上的節(jié)點溫度，中間層的節(jié)點溫度，內(nèi)壁 上的節(jié)點溫度，計算獲得三通構(gòu)件對應(yīng)點的內(nèi)壁溫度信息。
[0124] 根據(jù)上面的描述，上述三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量方法應(yīng)用于上述三通構(gòu)件內(nèi)壁面 溫度測量系統(tǒng)，所以，該方法的實施原理在上述系統(tǒng)中得到體現(xiàn)，在此就不再一一贅述了。
[0125] 總而言之，本發(fā)明方案可以在不破壞一回路管道結(jié)構(gòu)的前提下相對準(zhǔn)確地獲知三 通構(gòu)件管道中冷熱流體攪渾區(qū)域的內(nèi)壁面溫度分布信息，為疲勞評估的熱應(yīng)力計算提供數(shù) 據(jù)輸入，采用被測區(qū)域附近的實測數(shù)據(jù)作為輸入信息，準(zhǔn)確性相對提高;基于CH)技術(shù)建立 監(jiān)測點的函數(shù)建立模塊，只需獲取主、射管道的溫度及流量信息即可計算內(nèi)壁面溫度，可適 用于電廠不同工況，包括非預(yù)期的異常工況，也同意適用于工藝系統(tǒng)改造升級或改造引起 的瞬態(tài)變化，另外，在上游主、射管道因運行需要采用閘閥或截止閥等截流時，工具管道內(nèi) 部溫度的變化，作為上游管道閥門（閘閥、截止閥)泄漏定性判斷的輔助工具。
[0126] 本發(fā)明的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)及方法通過在主、射管道上 游布置熱電偶和流量計分別在線獲取管道的外壁和內(nèi)部的流體流速信息，作為三通攪渾區(qū) 內(nèi)壁面溫度分析的數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)實時性和準(zhǔn)確性相對提高;通過在管道外部布置若干熱電 偶，采用控制容積法，在不破壞主管道結(jié)構(gòu)的前提下，反演主、射管道的穩(wěn)定段的內(nèi)壁面溫 度信息;基于動量和能量守恒定律，結(jié)合在流速比相同而主支管流速不同時，三通構(gòu)件內(nèi)的 流動情況差異較少的工程經(jīng)驗，提出建立主、射管流速比VR和無量綱溫度m之間的函數(shù)建立 模塊，對多因素耦合問題進(jìn)行解耦，簡化工程計算；不同的監(jiān)測點設(shè)置不同的函數(shù)建立模 塊，可適用于不同的工況，包括非預(yù)期的異常瞬態(tài);本發(fā)明不但可用于新電廠實施，同樣可 用于舊電廠改造升級。
[0127] 盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造 性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu) 選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0128] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)，該三通構(gòu)件包括主管和與所述主 管交匯的射管，其特征在于，包括： 流體信息測量模塊:用于測量所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息； 函數(shù)建立模塊：用于建立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速比關(guān) 系的第一函數(shù)，與主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)； 內(nèi)壁面溫度計算模塊:分別與流體信息測量模塊，函數(shù)建立模塊連接，用于接收流體信 息測量模塊測量的所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息，調(diào)用函數(shù)建立模塊建立的 第一函數(shù)和第二函數(shù)，計算獲得所述內(nèi)壁面溫度。2. 如權(quán)利要求1所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 流體信息測量模塊包括： 溫度測量模塊，用于測量主管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體溫度(T。)和射管的 流體溫度(Ti); 流速測量模塊，用于測量主管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管入口流速(V。)和射管入口 流速(Vi)。3. 如權(quán)利要求2所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 函數(shù)建立模塊包括： 無量綱溫度計算單元，用于基于主管入口流速(V。)和射管入口流速(I)數(shù)值，計算流速 比(VR)，結(jié)合CFD數(shù)值計算獲得對應(yīng)的無量綱溫度(m)。4. 如權(quán)利要求3所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 三通構(gòu)件內(nèi)壁面無量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速比關(guān)系的第一函數(shù)為： m= Φ XVR， 其中，Φ為各疲勞敏感點的傳遞函數(shù);VR為三通構(gòu)件的主、射管流速比，VR=Vi/V。。5. 如權(quán)利要求4所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)為： T=m(Ti_To)+To， 其中，T為三通構(gòu)件內(nèi)某點的內(nèi)壁面溫度。6. 如權(quán)利要求2或3所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)，其特征在于， 所述流速測量模塊包括： 超聲波流量計，布置在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)，用于測量主 管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管入口流速(V。)和射管入口流速(Vi)。7. 如權(quán)利要求2或3所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)，其特征在于， 所述溫度測量模塊包括： 熱電偶，布置在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)，用于測量主管、射 管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體溫度(T。)和射管的流體溫度(1\)。8. 如權(quán)利要求1所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 內(nèi)壁面溫度計算模塊包括： 控制容積法計算單元，用于采用控制容積法，基于三通構(gòu)件外壁上的節(jié)點溫度，中間層 的節(jié)點溫度，內(nèi)壁上的節(jié)點溫度，計算獲得三通構(gòu)件對應(yīng)點的內(nèi)壁溫度信息。9. 一種用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量方法，該三通構(gòu)件包括主管和與所述主 管交匯的射管，其特征在于，包括以下步驟： 51、 分別獲取所述主管和射管上游流體的溫度和流速信息； 52、 分別建立三通構(gòu)件內(nèi)壁面無量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射流速比關(guān)系的第一函數(shù)， 與主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)； 53、 根據(jù)所述主管和射管流速信息結(jié)合第一函數(shù)，計算獲得所述內(nèi)壁面無量綱溫度； 根據(jù)所述主管和射管上游流體的溫度、所述內(nèi)壁面無量綱溫度和第二函數(shù)計算獲得所 述內(nèi)壁面溫度。10. 如權(quán)利要求9所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量方法，其特征在于，所 述步驟S1包括子步驟： SI 1、測量主管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體流速(T。)和射管的流體流速(Ti); S12、測量主管、射管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管入口溫度(V。)和射管入口溫度(Vi)。11. 如權(quán)利要求10所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量方法，其特征在于，所 述步驟S2包括子步驟： S21、基于主管入口流速(V。)和射管入口流速(Vi)數(shù)值，計算流速比(VR)，結(jié)合CH)數(shù)值 計算獲得對應(yīng)的無量綱溫度(m)。12. 如權(quán)利要求11所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量方法，其特征在于，所 述步驟S2中： 所述三通構(gòu)件內(nèi)壁面無量綱溫度與三通構(gòu)件的主、射管流速比關(guān)系的第一函數(shù)為： m= Φ XVR 其中，Φ為各疲勞敏感點的傳遞函數(shù);VR為三通構(gòu)件的主、射管流速比，VR=Vi/V。； 所述主管流體溫度、射管流體溫度和內(nèi)壁面溫度關(guān)系的第二函數(shù)為： T=mX(Ti-T0)+T〇 其中，T為三通構(gòu)件內(nèi)某點的內(nèi)壁面溫度。13. 如權(quán)利要求10或11所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量方法，其特征在 于，所述步驟S11包括： 在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)布置超聲波流量計，測量主管、射 管上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管入口流速(V。)和射管入口流速(Vi)。14. 如權(quán)利要求10或11所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量方法，其特征在 于，所述步驟S12包括： 54、 在三通構(gòu)件內(nèi)的攪渾區(qū)上游的主管、射管的管道外側(cè)布置熱電偶，測量主管、射管 上游相對穩(wěn)定區(qū)域處主管的流體溫度(T。)和射管的流體溫度(1\)。15. 如權(quán)利要求9所述的用于核電站的三通構(gòu)件內(nèi)壁面溫度測量方法，其特征在于，所 述步驟S3包括子步驟： S31、采用控制容積法，基于三通構(gòu)件外壁上的節(jié)點溫度，中間層的節(jié)點溫度，內(nèi)壁上的 節(jié)點溫度，計算獲得三通構(gòu)件對應(yīng)點的內(nèi)壁溫度信息。
【文檔編號】G21C17/017GK106098123SQ201610025498
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年1月15日 公開號201610025498.6, CN 106098123 A, CN 106098123A, CN 201610025498, CN-A-106098123, CN106098123 A, CN106098123A, CN201610025498, CN201610025498.6
【發(fā)明人】凌君, 何大宇, 劉洪濤, 章貴和, 孟阿軍, 劉浪, 陳蓉, 劉新, 王驕亞, 彭華清, 毛慶, 王海軍, 劉其壽
【申請人】中廣核工程有限公司, 西安交通大學(xué)