pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2020-11-3-196-203pimi-663Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsПрименение корреляционного метода определения скорости потока теплоносителя при исследованиях гидродинамики турбулентных потоков в элементах ядерных реакторовApplication of the Correlation Velocity Measurements for Hydrodynamic Investigations of Turbulent Coolant Flow in Nuclear Reactor ElementsКоноваловИ. А.KonovalovI. A.

Адрес для переписки: И.А. Коновалов – Нижегородский государственный технический университет, ул. Минина, 24, г. Нижний Новгород 603950, Россия e-mail: iliakonowaloff@yandex.ru

Address for correspondence: I.A. Konovalov - Nizhny Novgorod State Technical Univercity, Minin str., 24, Nizhny Novgorod 603950, Russia e-mail: iliakonowaloff@yandex.ru

iliakonowaloff@yandex.ruХробостовА. Е.KhrobostovA. E.ЛегчановМ. А.LegchanovM. A.СолнцевД. Н.SolncevD. N.БариновА. А.BarinovA. A.РязановА. В.RyazanovA. V.ЧесноковА. А.ChesnokovA. A.МакаровМ. А.MakarovM. A.Нижегородский государственный технический университет имени Р.Е. АлексееваРоссияNizhny Novgorod State Technical Univercity n.a. R.E. AlekseevRussian Federation202022092020113196203Copyright © Коновалов И.А., Хробостов А.Е., Легчанов М.А., Солнцев Д.Н., Баринов А.А., Рязанов А.В., Чесноков А.А., Макаров М.А., 20202020Коновалов И.А., Хробостов А.Е., Легчанов М.А., Солнцев Д.Н., Баринов А.А., Рязанов А.В., Чесноков А.А., Макаров М.А.Konovalov I.A., Khrobostov A.E., Legchanov M.A., Solncev D.N., Barinov A.A., Ryazanov A.V., Chesnokov A.A., Makarov M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/663

Корреляционный метод измерения расхода теплоносителя, широко применяемый для эксплуатационной диагностики ядерных энергетических установок, может находить широкое применение в том числе и в исследовательской практике. Целью данной работы являлась отработка корреляционного метода измерения расхода теплоносителя с применением кондуктометрических систем.

В работе представлен вариант применения корреляционного метода для исследования турбулентных потоков на основе кондуктометрической измерительной системы ‒ пространственных кондуктометров сетчатой конструкции. В качестве пассивной примеси используется незначительная концентрация раствора соли (NaCl или Na2SO4 ), создающей градиент проводимости среды, регистрируемый

кондуктометрической системой. В качестве переносимых возмущений в работе используются тур-

булентные пульсации на границе раздела двух спутных струй с одинаковыми скоростями в канале квадратного сечения. Представлена методика проведения исследований на лабораторном стенде, результаты оценки отношения сигнал‒шум измерительной системы, проведена обработка сигналов пространственных датчиков и сравнение измеренной скорости в модели со среднерасходной скоростью, определяемой с помощью показаний расходомеров стенда.

Результаты измерений дают приемлемое согласие с показаниями штатных расходомеров для характерных турбулентных режимов течения (погрешность измерения скорости потока при помощи кондуктометров составляет менее 5 %). Показано, что точность измерений резко падает для потоков с низким числом Рейнольдса.

Представленная работа является апробацией данного подхода для его применения в составе экспериментальной модели ядерного реактора с целью определения поканальных расходов в каналах имитатора активной зоны при помощи сетчатых кондуктометрических датчиков.

The method of correlation measurement of the coolant flow rate, widely used for operational diagnostics of nuclear power plants, can be extensively used in research practice. The aim of this work was to apply a correlation method based on the conductometric measurement system with wire-mesh sensors for measuring a coolant flow rate.

Insignificant concentration of a salt solution (NaCl or Na2SO4 ) creates a gradient of the conductivity in the flow, which is used as a passive scalar measured by the system. Authors used turbulent pulsations at the interface of two concurrent flows with identical velocities in a square channel as a signal source for the correlation method. The paper presents the methodology of the tests, test facility description, signalto-noise ratio estimation, the results of digital signal processing and comparison of the measured velocities in the model with the flowrate‒averaged velocity determined by the use of flowmeters. The measured velocity values give acceptable agreement for the turbulent flow modes. It was shown that the measurement accuracy drops sharply for low-Reynolds flows.

The obtained results were used for flowrate measurements in core-imitator channels of the nuclear reactor test model. The presented paper is an approbation of this approach for its application as part of an test model of a nuclear reactor in order to determine the each duct flow rates in the channels of the core simulator using wire mesh sensors.

измерительная системакорреляционный расходомерпространственная кондуктометриямоделирование процессов в элементах ЯЭУmeasuring systemcorrelation flowmeterspatial conductometrymodeling of processes in the elements of nuclear power unitsThe work was funded by the grant of Russian Science Foundation (project No. 18-19-00473).ReferencesBarinov A.A., Varentsov A.V., Glavny V.G., Dmitriev S.M. Implementation of the method of spatial conductometry for experimental research of the processes of mixing intra-reactor flows in modern nuclear units. Transactions of NNSTU n.a. R.E. Alekseev, 2017, no. 2, pp. 35−41.Barinov A.A., Varentsov A.V., Glavny V.G., Dmitriev S.M. Implementation of the method of spatial conductometry for experimental research of the processes of mixing intra-reactor flows in modern nuclear units. Transactions of NNSTU n.a. R.E. Alekseev, 2017, no. 2, pp. 35−41.Kapulla R., Dyck C., Witte M., Fokken J., Leder F. Optical flow and cross correlation techniques for velocity field calculation. Fachtagung "Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik", 8–10 September 2009, Erlangen.Kapulla R., Dyck C., Witte M., Fokken J., Leder F. Optical flow and cross correlation techniques for velocity field calculation. Fachtagung "Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik", 8–10 September 2009, Erlangen.Mattson H., Owrang F., Nordlund A. Utilisation of N16 in Nuclear Power Plants. Department of Reactor Physics. Chalmers University of Technology, Gbteborg Sweden, 2003.Mattson H., Owrang F., Nordlund A. Utilisation of N16 in Nuclear Power Plants. Department of Reactor Physics. Chalmers University of Technology, Gbteborg Sweden, 2003.Aristov I.N. RF patent RU2225046C2, 27.03.2004. Method for measuring the flow rate of the primary loop of a nuclear reactor // Patent of Russia №2225046.Aristov I.N. RF patent RU2225046C2, 27.03.2004. Method for measuring the flow rate of the primary loop of a nuclear reactor // Patent of Russia №2225046.Borisov V.F., Strukov M.A. RF patent RU2457558C1, 27.07.2012. Method for measuring the flow rate of the primary loop of a nuclear reactor // Patent of Russia №2457558.Borisov V.F., Strukov M.A. RF patent RU2457558C1, 27.07.2012. Method for measuring the flow rate of the primary loop of a nuclear reactor // Patent of Russia №2457558.Kuzmin V.V.. Correlation measurements of the primary coolant fl by nitrogen-16 activity at Kalinin NPP. Transactions of the 9-th International scientifi and technical conference "Safety assurance of NPP with WWER" Podolsk, OKB "GIDROPRESS", 2015, 410 p.Kuzmin V.V.. Correlation measurements of the primary coolant fl by nitrogen-16 activity at Kalinin NPP. Transactions of the 9-th International scientifi and technical conference "Safety assurance of NPP with WWER" Podolsk, OKB "GIDROPRESS", 2015, 410 p.Fokken J., Kapulla R., Kuhn S. Stably stratified isokinetic turbulent mixing layers: comparison of PIVmeasurements and numerical calculations. Fachtagung "Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik", 2009, pp. 8−10.Fokken J., Kapulla R., Kuhn S. Stably stratified isokinetic turbulent mixing layers: comparison of PIVmeasurements and numerical calculations. Fachtagung "Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik", 2009, pp. 8−10.Prasser H.M., Bottger A., Zschau J. A new electrode-mesh tomograph for gas-liquid flows. Flow Meas. Instrum., 1998, no. 9, pp. 111−119.Prasser H.M., Bottger A., Zschau J. A new electrode-mesh tomograph for gas-liquid flows. Flow Meas. Instrum., 1998, no. 9, pp. 111−119.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.