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1、球床堆实验流动阻力试验段实验报告:实验背景:球床反应堆简介：球床反应堆亦称卵石床反应堆，是一种先进的核子反应堆设计。反应堆使用惰性气体或 接近惰性气体，如氦气作为冷却剂，在高温下直接推动涡轮引擎。球床反应堆的优点：球床反应堆的最大优点是它本身比较安全。当球状燃料的温度增加时，铀238吸收中 子的速率亦会增加，令可供引致核裂变的中子减少。故此这种反应堆可产生的能量有自然的 限制。反应堆的容器被设计成在没有机械帮助下，散热会多于核燃料自然产生的热能。因此 从理论上，球床反应堆不可能出现核芯熔解。而且由于核燃料是被包围在燃料球之内，若果 一个燃料球爆裂，亦只会释放出较少的核燃料。球床反应堆比一般轻水
2、式反应堆的运行温度较高，故此球床式能够以更少的核燃料，产 生较多的动能。球床反应堆可以无需使用控制杆，以温度控制反应堆的输出功率。这样反应堆的设计便 毋需考虑控制杆插进深浅程度不同时对中子的影响；而且输出功率可以根据需求，透过控制 冷却剂的流量或密度而快速增减。部分球床反应堆仍然有保留控制杆，以便维修时使用。常见阀门及其分类：1.球阀：球阀的工作原理是靠旋转阀连接的开有通孔的小球来使阀门畅通或闭塞。球阀 开关轻便，体积小，可以做成很大口径，密封可靠，结构简单，维修方便，密封面 与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，在各行业得到广泛的应用。本次开放实验中，用来调节管路中主流量的阀门就是球阀。球阀示
3、意图如下:2.蝶阀：蝶阀的阀瓣是圆盘，围绕阀座内的一个轴旋转，旋角的大小，便是阀门的开闭 度。蝶阀具有轻巧的特点，比其他阀门要节省材料，结构简单，开闭迅速，切断 和节流都能用，流体阻力小，操作省力。蝶阀，可以做成很大口径。能够使用蝶阀 的地方，最好不要使闸阀，因为蝶阀比闸阀经济，而且调节性好。目前，蝶阀在热 水管路得到广泛的使用。生活中常见的工厂用水管路，消防管路中很多采用的是“蝶 阀”截止阀，也叫截门，是使用最广泛的一种阀门，它之所以广受欢迎，是由于开 闭过程中密封面之间摩擦力小，比较耐用，开启高度不大，制造容易，维修方便, 不仅适用于中低压，而且适用于高压。它的闭合原理是，依靠阀杠压力，使
4、阀瓣密封面（一般为圆锥面）与阀座密封 面紧密贴合，阻止介质流通。实验管路中很多油，水管路中采用这种阀门。流量计类型及其基本原理:1. 涡街流量计：涡街流量计是根据卡门（Karman）涡街原理研究生产的测量气体、蒸汽或液体的体积 流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。主要用于工业管道介质流体的流量测量， 如气体、液体、蒸汽等多种介质。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、 压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。仪表参数能 长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器，可靠性高，可在20C+250C的工作温度 范围内工作。有
5、模拟标准信号，也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用， 是一种比较先进、理想的测量仪器。2. 电磁流量计：电磁流量计（Electromagnetic Flowmeters，简称EMF）是20世纪5060年代随着电子 技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。电磁流量计是应用电磁感应原理，根据 导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的一种仪器。电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。电磁流量计的优点是压 损极小，可测流量范围大。最大流量与最小流量的比值一般为20： 1以上，适用的工业管径 范围宽，最大可达3m，输出信号和被测流量成线性，精确度较高，可
6、测量电导率N5s/cm 的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆、纸浆等的流体流量。但它不能 测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。3. 差压式流量计：差压流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压，已知的流体条件和检测件与管 道的几何尺寸来计算流量的仪表。（伯努利原理）差压式流量计由一次装置（检测件）和二次装置（差压转换和流量显示仪表）组成。通常以 检测件形式对差压式流量计分类如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。造价便宜，便于生产，但误差较大。测温元件：热电阻和热电偶：热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件，他的主要特点就是测量范围宽，性能比较 稳定，同时结构简单，动态响应好
7、，更能够远传4-20mA电信号，便于自动控制和集中控制。 热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，当两个接 点处的温度不同时，因为两种金属的电子密度不同所以产生一定的电子扩散回路中将产生热 电势，这种现象称为热电效应，又称为塞贝克效应。而热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随 温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其 中伯热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电 阻大都
8、由纯金属材料制成，目前应用最多的是伯和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和 铑等材料制造热电阻。球床多孔介质流动阻力压降的实验研究：阻力压降公式的拟合：实验参数：本次实验采用的金属球直径d = 8mm。孔隙率8 = 0.3827根据工程流体力学中的常规阻力系数模型，不可压缩流体在长度为L小球颗粒直径 为d的多孔介质中，其单位长度的理论压降计算公式为：F 1pu2丁 = f aF同时，经查，Fand以球体直径d为特征尺寸对Ergun型方程进行了无量纲化，得 到如下无量纲方程：(1 E )2(1 E)P，= A -7- Re 3 3其中，?=-竺空=C;八L uRe数以球体直径d为特征长度。两式联
9、立，得：(1 )2(1 )f = 2A + 2B Re 833为了求得A，B的具体值，需要借助已有的数据经过实验所得数据，借助MATLAB软件进行多元回归分析，运算代码如下：Re = 420.3999 455.9642861 527.1224205 586.7743016 678.6487 804.3538231875.909467 940.3464671 1012.932059 1085.279665 1155.5721741240.965146;f = 33.95620477 33.42099404 32.45701229 31.75855268 30.78110094 29.805071
10、71 29.2796768 28.85386623 28.40720001 28.02673667 27.65933709 27.26042705;% 写入数据 r = ones(12,1),Re.八-1; ab = rf计算拟合关系式的系数矩阵并输出Re0 = 410:1250; f0 = ab(1) + ab(2)*Re0.八-1; %列出拟合关系式 plot(Re,f, o,Re0,f0, r) %在同一张图上画出拟合曲线和实验点 xlabel(Re) ylabel(f) E = zeros(12,1); for i = 1:12E(i,1) = abs(f(i,1)-(ab(1) +
11、ab(2)*Re(i,1)八-1)/(ab(1) + ab(2)*Re(i,1)八-1); end E计算拟合值和实验值的相对偏差并输出运行结果： ab = 24.24253.8 E = 0.0114 0.0041 0.0049 0.0089 0.0094 0.0098 0.0067 0.0036 0.0007 0.0043 0.0089 0.014335Re由上述过程可见，(8 = 0.3827)拟合关系式4253.8f = + 24.2由8 = 0.3827； f = 3597 + 22.0268.BReRe求得 A= 312.8461, B = 1.0987。综上，由图像和残差矩阵计算得，拟合公式与实验值误差很小，最大相对误差为1.43%。 通过实验获得摩阻系数f与流动Re数之间的拟合关系式为：4253.8f = + 24.2ReA=312.8461B=1.0987
