Опытные исследования гидродинамики, теплообмена в режимах однофазной конвекции и кипения, колебаний температур в предкризисных и кризисных режимах кипения

Страницы работы

Содержание работы

Глава 2. Описание экспериментального оборудования, методики измерений и интерпретации их результатов

2.1. Принципиальная схема экспериментальной установки

На кафедре Общей физики и ядерного синтеза МЭИ (ТУ) создан экспериментальный теплофизический стенд по исследованию гидродинамики и теплообмена в недогретом потоке воды при одностороннем нагреве [148– 150]. В основу стенда положено моделирование условий нагрева и охлаждения теплосъемных элементов приемников пучков энергии в инжекторах быстрых нейтральных атомов термоядерных реакторов и установок.

Схема экспериментального стенда представлена на рис. 2.1. Стенд состоит из следующих основных систем:

·  система нагрева рабочего участка (I), которая включает в себя электронную пушку 1, собранную на базе электронно-лучевого агрегата ЭЛА-60/15Т, а также блоки питания 2 и управления 3, обеспечивающие стабильную работу пушки, возможность регулирования мощности подводимого электронного пучка и управления им. Нагреваемый электронным пучком съемный рабочий участок 4, герметично крепится в петле 5 гидравлического контура, размещаемой в вакуумной камере 6;

·  гидравлическая система (II), состоящая из двухплунжерного насоса 7, вспомогательных емкостей и гидравлических линий, системы сглаживания пульсаций давления 8, нагревателя 9, а также задвижек, кранов, манометров, датчиков давления, температур и расходов, обеспечивает необходимый регулируемый расход теплоносителя через рабочий участок, требуемое и стабилизированное давление в системе. Охлаждение теплоносителя после нагрева на рабочем участке происходит в типовом теплообменнике 10;

·  система вакуумной откачки (III), обеспечивает давление в вакуумной камере не выше 1×10–2 Па и его контроль. При этом давлении ионизация остаточных газов электронным пучком незначительна и электронная пушка надежно функционирует. Система состоит из трех форвакуумных 11 и двух диффузионных 12 насосов, а также необходимых затворов, вентилей и датчиков;

·  система измерений, сбора и обработки информации (IV), которая обеспечивает преобразование измеряемых сигналов, визуальное изображение параметров эксперимента в режиме реального времени, оперативную обработку основных параметров. Система включает в себя датчики температуры, давления, расхода, параметров пучка, необходимые измерительные приборы, коммутатор 13, преобразователи сигнала 14 и компьютер 15. В эту систему входят также блок управления тепловыми процессами 16, высоковольтный блок управления 17 и вакуумметр–магнитный блокировочный 18, служащие для аварийного отключения нагрева при превышении режимно–технологических параметров заданных значений. Измерения возможно проводить как в «ручном», так и в автоматическом режимах. При штатной работе используется автоматический режим.

Подробное поэлементное описание стенда приведено в [130]. При подготовке серии новых экспериментальных исследований, в сравнении с [130], был модернизирован гидравлический контур, создана новая система сбора и обработки информации. Далее приведено краткое описание систем экспериментального стенда.

2.2. Система нагрева

Система нагрева рабочего участка предназначена для подвода энергии к мишени рабочего участка, как в стационарном, так и в импульсном режиме нагрева. Электронно-лучевой агрегат ЭЛА 60/15Т обеспечивает ускоряющее напряжение до 60 кВ при силе тока пучка электронов до 250 мА. Система нагрева позволяет регулировать и стабильно поддерживать подводимую к рабочему участку мощность пучка в пределах (0.1–15) кВт. Изменение подводимой мощности обеспечивается как выбором ускоряющего напряжения, так и плавной регулировкой силы тока пучка.  

Рис. 2.1. Принципиальная схема экспериментального стенда

На рис. 2.2 представлена система управления электронным лучом.

Рис. 2.2. Схема системы управления электронным лучом

Электронная пушка 1 электронно-лучевого агрегата ЭЛА 60/15Т расположена сверху кубической вакуумной камеры 2, имеющий объем 0,6 м3. Источником электронов служит прямонакальный катод 3.  Управляющий электрод 4 и анод 5 формируют электронный пучок, управляемый катушками юстирующей системы (ЮС) 6 и фокусирующей системы (ФС)  7.  В вакуумную камеру пучок вводится через лучепровод 8. Стандартное оборудование электронно-лучевого агрегата ЭЛА 60/15Т было дополнено специально разработанным блоком развертки электронного пучка (БРЭП), предназначенным для обеспечения равномерного распределения энергии по поперечному сечению пучка, падающего на  мишень рабочего участка 9, что достигается сканированием электронного пучка по обогреваемой поверхности. Конструктивно БРЭП состоит из блока развертки и катушек отклоняющей системы (ОС) 10 и 11.

Похожие материалы

Информация о работе