本发明属于反应堆热工水利领域，具体是一种自然循环及强迫循环实验回路系统。
背景技术：
1、核动力反应堆在研发过程中，需要开展大量系统级的热工水力试验。其中，反应堆一回路并联泵路的模拟对模拟一回路系统在自然循环工况、强迫循环工况以及两种工况相互转换过程中的热工水力学特性有重要影响。
2、在开展核动力反应堆系统试验时，需要对强迫循环及自然循环工况下反应堆一回路的运行进行模拟，其中，就包括对循环泵路的模拟。由于在自然循环和强迫循环工况下，原型泵路的流量分配方式及水力学特性完全不同，如何在模拟中兼顾两者，是准确模拟泵路，乃至整个反应堆一回路的关键。
3、为了解决上述问题，例如中国专利，公告号为：cn105788679b，该发明公开了一种反应堆一回路并联泵路系统流体动力模拟系统及校准方法，解决现有一条模拟泵路在强迫循环工况、自然循环工况及强迫循环和自然循环相互转换工况下进行流量分配方式和水力学特性模拟时，模拟效果并不准确的问题。本发明包括主泵模拟支路，以及与主泵模拟支路并联的备用泵模拟支路；所述备用泵模拟支路包括并联管道，设置在并联管道上的第一阻力调节件、第一止回阀和第一流量计。该发明具有能够完整准确地模拟各种情况下并联泵路的水力特性，且能够有效降低试验成本，并同时能有效增加模拟准确性的优点。
4、但是在实际使用时，尽管已经针对超设计基准事故设置了一些缓解措施，但在核电厂安全系统多样化设计方面尚有较大欠缺。因此，需要针对完全丧失给水、主给水管道完全丧失冷却链等超设计基准事故设置可靠性更高的多样化缓解系统。所以本发明提出一种自然循环及强迫循环实验回路系统，以解决上述问题。
技术实现思路
1、本发明提出了一种自然循环及强迫循环实验回路系统，通过自然循环回路和强迫循环回路的结合，不仅使得实验回路系统具备多样性，能够满足不同实验的要求，同时还可以提供更安全和稳定的实验环境，确保实验的安全运行和稳定性。
2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种自然循环及强迫循环实验回路系统，包括自然循环回路、强迫循环回路、控制器、管道组件和测量组件，控制器用于监测和调节回路中的参数；管道组件，用于连通所有组件，便于流体的输送；测量组件，用于测量流体参数的仪器。
3、强迫循环回路包括第一强迫循环回路和第二强迫循环回路，第一强迫循环回路包括第一水泵、第一冷凝器；第二强迫循环回路包括蒸汽机、第二水泵、第二冷凝器和强迫循环回路支路，蒸汽机，用于提供动力；第二水泵，用于推动流体在回路中循环；第二冷凝器，用于使得流体得到冷凝。
4、强迫循环回路的流程为：当第一强迫循环回路中出现故障时，启动第二强迫循环回路。
5、当第二强迫循环回路的蒸汽机中的测量组件检测到蒸汽机中的压力高于预设值时，就启动强迫循环回路支路。
6、采用上述方案后实现了以下有益效果：自然循环回路：自然循环回路利用自然对流现象，通过热量差引起的密度差，使流体产生上升和下降的循环流动，实现热量传递和流体循环。
7、强迫循环回路：强迫循环回路通过机械设备(如水泵和蒸汽机)驱动流体在回路中循环，以实现更灵活和可控的流体运动和热量传递。
8、第一强迫循环回路的流程为：去离子水经过进水管道通过第一水泵流经第一冷凝器进行冷却，冷却的水通过管道组件中的出水管道流出。第一冷凝器的冷却作用可以降低流体温度，保持回路的稳定性，并防止设备过热。第一水泵推动流体在回路中循环，保证流体的均匀循环和热量传递效果。
9、第二强迫循环回路的流程为：启动蒸汽机，蒸汽机产生高压气体，高压气体为第二水泵提供动力，第二水泵将去离子水经过进水管道泵入第二冷凝器中冷却，然后冷却的水通过管道组件中的出水管道流出。蒸汽机产生的高压气体为第二水泵提供动力，推动流体在回路中循环，增强流体的流动和热量传递效果。第二冷凝器的冷却作用可以降低流体温度，保持回路的稳定性，并防止设备过热。当蒸汽机中的压力高于预设值时，通过控制器启动强迫循环回路支路，蒸汽机通过强迫循环回路支路逐渐降低压力，实现对压力的调节。
10、第一强迫循环回路和第二强迫循环回路通过预热器、水泵、冷凝器等组件的协同作用，实现流体的循环和热量传递，同时通过控制器的控制和调节，保证回路的稳定性、温度调节和压力调节，从而实现热工实验的目标和要求。
11、通过自然循环回路和强迫循环回路的结合，可以在不同工况下实现稳定的流体循环和热量传递。自然循环回路具有较好的稳定性，而强迫循环回路则可以通过控制器实现对流体流量和压力的精确调节，提高系统的可控性。当第一强迫循环回路出现故障时，系统可以自动切换到第二强迫循环回路，确保实验回路的连续运行。这种故障切换和备份的设计可以提高系统的可靠性和稳定性。通过测量组件和控制器的使用，可以实时监测回路中的参数，如流体压力、温度、流量等，并根据预设值进行调节，有助于实时掌握系统的运行状态，保证实验的准确性和安全性。实验回路系统的设计允许根据需要添加或调整组件，以满足不同实验要求。例如，可以根据需要增加或更换水泵、冷凝器等设备，以适应不同的流体循环和热量传递需求。
12、自然循环及强迫循环实验回路系统的多样性带来了实验条件的灵活性、实验结果的准确性和可靠性，以及实验的安全性和稳定性。这使得实验回路系统能够满足不同实验需求，提供更优化和可控的实验环境。
13、综上所述，本自然循环及强迫循环实验回路系统通过结合自然循环和强迫循环的原理和组件，实现了稳定的流体循环、热量传递和可控性，有助于提高实验的可靠性、灵活性和准确性，满足不同实验需求。
14、进一步，强迫循环回路支路包括抽水机，抽水机利用第二强迫循环回路的蒸汽机通过动力，抽水机安装在第二强迫循环回路的管道组件输出端。
15、有益效果：抽水机通过蒸汽机提供的动力，将流体(如水)从第二强迫循环回路的管道组件输出端抽出，使流体形成循环。抽水机利用动力将流体抽出，形成流体循环，从而实现强迫循环回路的运行。
16、抽水机通过抽出流体，形成强制循环，推动流体在回路中循环流动，有助于增强回路中的流体循环效果，提高热量传递效率和流体的均匀性。抽水机可以通过控制抽水机的工作状态和速度，调节流体的流量，有助于满足系统对流量的要求，实现对流体循环的精确控制。抽水机的工作可以增加回路中的流体压力。通过抽水机的抽出作用，流体在回路中形成一定的压力，提高回路的压力稳定性和工作效率。抽水机利用蒸汽机提供的动力，无需额外的电力或燃料，减少能源消耗和环境影响。
17、综上所述，强迫循环回路支路中的抽水机利用蒸汽机提供的动力，推动流体循环，增强回路的循环效果，调节流量和压力，提高回路的稳定性和工作效率。这有助于优化回路的运行，提高热量传递效率和系统的性能。
18、进一步，自然循环回路包括加热源，用于提供热量的设备；冷却源，用于提供冷却的设备。
19、自然循环回路流程为：加热源产生的热量使得流体在加热源附近升温，流体的密度减小，从而形成上升的热对流；同时，冷却源使得流体在冷却源附近冷却，流体的密度增加，形成下降的冷对流，形成自然循环回路中的流体循环。
20、有益效果：自然循环回路的原理是基于自然对流现象，利用流体温度差引起的密度差，使流体产生上升和下降的循环流动。自然循环回路利用流体的热对流，将加热源产生的热量传递给冷却源。热量通过流体的循环流动，使冷却源吸收热量，实现热量的传递和冷却效果。
21、自然循环回路不需要额外的能源输入，依靠自然对流现象实现流体的循环，因此具有较低的能耗。相比于强迫循环回路，自然循环回路更加节能环保。自然循环回路不需要额外的循环泵或机械设备，减少了系统的复杂性和维护成本。由于没有机械设备的运行，也减少了故障和损坏的风险。自然循环回路的流体循环受自然对流的驱动，具有较好的稳定性。流体的循环速度和热量传递效率会随着温度差的变化而自动调节，使系统能够在一定范围内保持稳定的运行状态。
22、综上所述，自然循环回路通过利用自然对流现象实现热量传递和流体循环，具有节能环保、简化系统和高稳定性的优势。
23、进一步，自然循环回路和强迫循环回路均包括除氧水箱、堆芯模拟体和预热器，除氧水箱，用于去除水中的氧气，以防止腐蚀和腐蚀产物对系统的损害；堆芯模拟体，用于模拟核反应堆中的燃料元件；预热器，用于在流体进入核反应堆之前将其预热。
24、有益效果：除氧水箱通过物理方法去除水中的氧气，如通过加热、机械搅拌等方式，将氧气从水中分离出来。去除水中的氧气，防止氧腐蚀和腐蚀产物对系统的损害。氧气是引起金属腐蚀和系统材料损坏的主要原因之一，通过除氧水箱可以降低水中氧气含量，保护系统的设备和管道。
25、堆芯模拟体是一种用于模拟核反应堆中燃料元件的装置，通常由特殊材料构成，具有与实际燃料元件相似的热物理特性。堆芯模拟体的存在可以模拟核反应堆中的燃料元件，用于研究和测试核反应堆的运行特性和热工行为。通过堆芯模拟体的实验研究，可以评估和优化核反应堆的设计和运行参数，提高核能系统的安全性和性能。
26、预热器是一种用于在流体进入核反应堆之前将其预热的设备，通过传热方式将冷却剂或工质预先加热至一定温度。预热器的存在可以提高流体的温度，减少冷却剂或工质进入核反应堆时的温度冲击，减少对核反应堆结构和材料的热应力，提高核反应堆的运行稳定性和安全性。
27、综上所述，除氧水箱、堆芯模拟体和预热器在自然循环回路和强迫循环回路中的作用是保护系统设备、模拟核反应堆行为和提高核反应堆的运行稳定性和安全性。
28、进一步，管道组件包括进水管道、出水管道和连接管道，且设有管道组件均安装有调节阀。
29、有益效果：管道组件中的进水管道用于引入流体(如水)进入回路，出水管道用于将流体从回路中排出，连接管道用于将各个组件连接在一起，形成完整的回路。调节阀则安装在管道上，通过调节阀门的开启度，控制流体的流量和压力。
30、调节阀可以根据需要调节管道中的流体流量。通过改变阀门的开启度，可以控制流体的流量大小，满足系统对流量的要求，有助于实现对流体循环的精确控制和平衡。调节阀可以调节管道中的流体压力。通过改变阀门的开启度，可以增加或减小流体的流通阻力，从而调节流体的压力，有助于保持回路中的压力稳定，并满足系统对压力的要求。通过安装调节阀，可以根据需要随时调整流体流量和压力，以适应不同的工况要求。这提高了系统的灵活性和适应性，使系统能够在不同条件下稳定运行。
31、管道组件的连接管道可以将各个组件连接在一起，形成完整的回路。同时，管道组件的安装也需要考虑到密封性，确保流体不会泄漏或外界不会进入回路，有助于保持回路的完整性和正常运行。
32、综上所述，管道组件的安装和调节阀的使用可以实现对流体流量和压力的控制，保持回路的稳定性和灵活性，有助于优化系统的运行，提高系统的效率和性能。
33、进一步，测量组件包括分别用于测量流体的温度、压力和流量参数的传感器，其中温度采用温度传感器测量，压力采用压力传感器测量，流量采用文丘里进行测量，温度传感器和文丘里安装在管道组件中，压力传感器安装在蒸汽机内。
34、有益效果：温度传感器通过测量物体或流体的温度变化来获取温度信息。常见的温度传感器有热电偶、热敏电阻、红外线传感器等。温度传感器的安装和使用可以实时监测流体的温度变化，提供温度数据，以便控制和调节回路的温度，有助于保持回路的稳定性，确保实验的准确性和安全性。
35、压力传感器通过测量流体对传感器施加的压力来获取压力信息。常见的压力传感器有压阻式传感器、压电式传感器等。压力传感器的安装和使用可以实时监测回路中的压力变化，提供压力数据，以便控制和调节回路的压力，有助于保持回路的稳定性，确保实验的准确性和安全性。
36、文丘里流量计通过测量流体通过管道时的压力差和流体速度来计算流体的流量。文丘里流量计通常采用差压传感器和流速传感器进行测量。文丘里流量计的安装和使用可以实时测量回路中的流体流量，提供流量数据，以便控制和调节回路的流量。这有助于实现对流体循环的精确控制和平衡，确保实验的准确性和稳定性。
37、综上所述，温度传感器、压力传感器和文丘里流量计的安装和使用可以实时监测和测量回路中的温度、压力和流量参数，提供数据支持，以便控制和调节回路的运行，有助于保持回路的稳定性和安全性，确保实验的准确性和可靠性。
38、进一步，自然循环回路还包括稳压器，稳压器用于保持自然循环回路的压力稳定性。
39、有益效果：稳压器通过感应回路中的压力变化，自动调节阀门的开启程度，控制回路中的流体压力，以保持回路的压力稳定性。当回路压力偏高时，稳压器会减小阀门的开启度，降低流体的流量，从而降低回路压力；当回路压力偏低时，稳压器会增大阀门的开启度，增加流体的流量，从而提高回路压力。
40、稳压器能够实时感应和调节回路中的压力变化，使回路的压力保持在设定的稳定值范围内，有助于保持回路中的流体循环稳定，提高系统的工作效率和性能。稳压器能够防止回路中的压力过高或过低，从而保护回路中的设备免受压力波动的损害。过高的压力可能导致设备的过载和损坏，而过低的压力可能导致设备无法正常运行。稳压器的存在可以确保回路压力在安全范围内，延长设备的使用寿命。稳压器的作用可以减少回路中压力的波动，保持回路的稳定性。稳定的压力有助于保持流体的均匀循环和热量传递，提高系统的稳定性和可靠性。
41、综上所述，稳压器在自然循环回路中的安装可以通过调节回路压力，保持压力稳定性，保护设备，提高系统的稳定性和可靠性。
42、进一步，自然循环回路上安装有自动排气阀。
43、有益效果：自然循环回路上安装自动排气阀是通过自动感应回路中气体积聚的情况，开启排气阀门，将气体排出系统外。自动排气阀能够及时排除回路中积聚的气体，防止气体在回路中堆积，影响流体的正常循环。气体积聚会导致流体压力变化不稳定，甚至引起气阻现象，影响系统的正常运行。
44、自动排气阀能够有效防止空气锁定的发生。空气锁定是指气体阻塞液体流动的现象，造成回路中液体无法流动，影响热量传递和流体循环。通过排除气体，自动排气阀能够避免空气锁定现象的发生，保证回路的正常流动。气体在回路中积聚会导致氧腐蚀、气泡堵塞等问题，对设备和管道造成损坏或堵塞。自动排气阀能够及时将气体排出，减少气体对设备和管道的腐蚀和堵塞风险，延长设备和管道的使用寿命。
45、综上所述，自动排气阀在自然循环回路中的安装可以保持回路中的气体排除，保证流体的正常循环和热量传递，避免气体积聚导致的问题，提高回路的稳定性和可靠性。
1.一种自然循环及强迫循环实验回路系统，其特征在于：包括自然循环回路、强迫循环回路、控制器、管道组件和测量组件，控制器用于监测和调节回路中的参数；管道组件，用于连通所有组件，便于流体的输送；测量组件，用于测量流体参数的仪器；
2.根据权利要求1所述的自然循环及强迫循环实验回路系统，其特征在于：强迫循环回路支路包括抽水机，抽水机利用第二强迫循环回路的蒸汽机通过动力，抽水机安装在第二强迫循环回路的管道组件输出端。
3.根据权利要求1所述的自然循环及强迫循环实验回路系统，其特征在于：自然循环回路包括加热源，用于提供热量的设备；冷却源，用于提供冷却的设备；
4.根据权利要求1所述的自然循环及强迫循环实验回路系统，其特征在于：自然循环回路和强迫循环回路均包括除氧水箱、堆芯模拟体和预热器，除氧水箱，用于去除水中的氧气，以防止腐蚀和腐蚀产物对系统的损害；堆芯模拟体，用于模拟核反应堆中的燃料元件；预热器，用于在流体进入核反应堆之前将其预热。
5.根据权利要求1所述的自然循环及强迫循环实验回路系统，其特征在于：管道组件包括进水管道、出水管道和连接管道，且设有管道组件均安装有调节阀。
6.根据权利要求1所述的自然循环及强迫循环实验回路系统，其特征在于：测量组件包括分别用于测量流体的温度、压力和流量参数的传感器，其中温度采用温度传感器测量，压力采用压力传感器测量，流量采用文丘里进行测量，温度传感器和文丘里安装在管道组件中，压力传感器安装在蒸汽机内。
7.根据权利要求1所述的自然循环及强迫循环实验回路系统，其特征在于：自然循环回路还包括稳压器，稳压器用于保持自然循环回路的压力稳定性。
8.根据权利要求1所述的自然循环及强迫循环实验回路系统，其特征在于：自然循环回路上安装有自动排气阀。
