pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2021-12-1-67-74pimi-701Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsРазработка и апробация методики оценки точности корреляционного определения скорости потока теплоносителя при исследованиях гидродинамики турбулентных потоков в элементах ядерных реакторовDevelopment and Testing of a Methodology for Assessing of the Correlation Velocity Measurements’ Accuracy for the Hydrodynamic Investigations of the Turbulent Coolant Flow in Nuclear Reactor ElementsКоноваловИ. А.KonovalovI. A.

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

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

iliakonowaloff@yandex.ruЧесноковА. А.ChesnokovA. A.

ул. Минина, 24, г. Нижний Новгород 603950

Minin str., 24, Nizhny Novgorod 603950

БариновА. А.BarinovA. A.

ул. Минина, 24, г. Нижний Новгород 603950

Minin str., 24, Nizhny Novgorod 603950

ДмитриевС. М.DmitrievS. M.

ул. Минина, 24, г. Нижний Новгород 603950

Minin str., 24, Nizhny Novgorod 603950

ХробостовА. Е.KhrobostovA. E.

ул. Минина, 24, г. Нижний Новгород 603950

Minin str., 24, Nizhny Novgorod 603950

ЛегчановМ. А.LegchanovM. A.

ул. Минина, 24, г. Нижний Новгород 603950

Minin str., 24, Nizhny Novgorod 603950

БородинС. С.BorodinS. S.

ул. Минина, 24, г. Нижний Новгород 603950

Minin str., 24, Nizhny Novgorod 603950

МакаровМ. А.MakarovM. A.

ул. Минина, 24, г. Нижний Новгород 603950

Minin str., 24, Nizhny Novgorod 603950

Нижегородский государственный технический университет имени Р.Е. АлексееваРоссияNizhny Novgorod State Technical Univercity n.a. R.E. AlekseevRussian Federation2021190320211216774Copyright © Коновалов И.А., Чесноков А.А., Баринов А.А., Дмитриев С.М., Хробостов А.Е., Легчанов М.А., Бородин С.С., Макаров М.А., 20212021Коновалов И.А., Чесноков А.А., Баринов А.А., Дмитриев С.М., Хробостов А.Е., Легчанов М.А., Бородин С.С., Макаров М.А.Konovalov I.A., Chesnokov A.A., Barinov A.A., Dmitriev S.M., Khrobostov A.E., Legchanov M.A., Borodin S.S., 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/701

Корреляционный метод измерения расхода теплоносителя находит широкое применение в исследовательской практике, в том числе для изучения турбулентных потоков теплоносителя в масштабных моделях элементов ядерных энергетических установок. Целью данной работы являлась отработка методики оценки влияния шума, регистрируемого измерительной системой, на показания скорости потока, полученные с применением корреляционного метода.

Представлена методика оценки влияния шума, а также взаимного расположения и периода опроса чувствительных элементов на основе кондуктометрической измерительной системы: пространственных кондуктометров сетчатой конструкции. Незначительная концентрация раствора соли (NaCl или Na2SO4 ) используется в качестве пассивной примеси, создающей градиент проводимости среды, регистрируемый кондуктометрической системой. В качестве переносимых возмущений в работе используются турбулентные

пульсации на границе раздела двух спутных струй с одинаковыми скоростями в канале квадратного сечения. Представлены значения времени транспорта турбулентности между пространственными кондуктометрами, результаты оценки спектральной плотности мощности и ширины регистрируемого сигнала, а также полученные на их основе отношения сигнал-шум измерительной системы, в дальнейшем использованные

для оценки доверительного интервала времени транспорта.

В результате измерений получены зависимости величины доверительного интервала от времени регистрации показаний пространственных кондуктометров. Измерения, проведённые при различном взаимном расположении кондуктометров, позволяют сделать обобщающий вывод о росте спектральной ширины сигнала и, как следствие этого, уменьшение длины доверительного интервала с увеличением расстояния между датчиками.

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 с учётом влияния шума, регистрируемого измерительной системой.

The correlation method of the coolant flow measuring is widely used in research practice including for studying of turbulent coolant flows in scale models of elements of nuclear power plants. The aim of this work was to develop a technique for assessing the effect of noise recorded by a measuring system on the flow rate readings obtained using the correlation method.

A technique to assess the effect of noise as well as the relative position and acquisition period of sensors is presented. An insignificant concentration of a salt solution (NaCl or Na2SO4 ) is used as a passive impurity which creates a conductivity gradient of the medium recorded by a conductometric system. Turbulent pulsations at the interface between two concurrent isokinetic flows in a channel with a square cross section are used as the signal source for the correlational algorithm.

Paper presents the values of  the  turbulence′s  transport  time  between  spatial  conductometers, the results of estimating the spectral power density and band of the recorded signal and also the signalto-noise ratios of the measuring system obtained on their basis which are subsequently used to estimate the confidence interval of the transport time.

As a result of measurements the relationship between the confidence  interval  value  and  the signal length were obtained. The measurements which were carried out at different relative positions of conductometers make it  possible  to  make  a  conclusion  about  an  increase  in  the  spectral  width of the signal and, as a consequence, a decrease in the length of the confidence interval with increasing of distance between sensors.

The presented work is an approbation of this approach for its application as part of an experimental model of a nuclear reactor in order to determine per-channel flow rates in the channels of the core simulator using mesh conductometric sensors taking into account the effect of noise.

пространственная кондуктометриясетчатый датчиккондуктометрический датчикмоделирование процессов в ЯЭУspatial conductometrywire mesh sensormodeling of processes in the elements of nuclear power unitsDeveloping and approbation of method of correlation velocity measurements for the turbulent fl with conductometric measurement system was funded by the grant of Russian Science Foundation (project No. 18-19-00473).ReferencesRohde U., Kliem S., Hemstrom B., Toppila T., Bezrukov Y. The European project FLOMIX-R: Description of the slug mixing and buoyancy related experiments at the different test facilities (Final report on WP 2). Report FZR–430, 2005, pp. 5‒8.Rohde U., Kliem S., Hemstrom B., Toppila T., Bezrukov Y. The European project FLOMIX-R: Description of the slug mixing and buoyancy related experiments at the different test facilities (Final report on WP 2). Report FZR–430, 2005, pp. 5‒8.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.Borisov V.F., Strukov M.A. Sposob izmereniya rashoda teplonositelya pervogo kontura yadernogo reaktora [Method for measuring the flow rate of the primary loop of a nuclear reactor]. Patent RF, no. 2457558, 2012.Borisov V.F., Strukov M.A. Sposob izmereniya rashoda teplonositelya pervogo kontura yadernogo reaktora [Method for measuring the flow rate of the primary loop of a nuclear reactor]. Patent RF, no. 2457558, 2012.Konovalov I.A., Khrobostov A.E., Legchanov M.A., Solncev D.N., Barinov A.A., Ryazanov A.V., Chesnokov A.A., Makarov M.A. Application of the Correlation Velocity Measurements for Hydrodynamic Investigations of Turbulent Coolant Flow in Nuclear Reactor Elements. Devices and Methods of Measurements, 2020, vol. 11, no. 3, pp. 196‒203. DOI: 10.21122/2220-9506-2020-11-3-196-203Konovalov I.A., Khrobostov A.E., Legchanov M.A., Solncev D.N., Barinov A.A., Ryazanov A.V., Chesnokov A.A., Makarov M.A. Application of the Correlation Velocity Measurements for Hydrodynamic Investigations of Turbulent Coolant Flow in Nuclear Reactor Elements. Devices and Methods of Measurements, 2020, vol. 11, no. 3, pp. 196‒203. DOI: 10.21122/2220-9506-2020-11-3-196-203Prasser H.M., Kleim S. Coolant mixing experiments in the upper plenum of the ROCOM test facility. Nuclear Engineering and Design, 2014, no. 276, pp. 30‒42. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2016.10.038Prasser H.M., Kleim S. Coolant mixing experiments in the upper plenum of the ROCOM test facility. Nuclear Engineering and Design, 2014, no. 276, pp. 30‒42. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2016.10.038Dave A., Manera A., Beyer M., Lucas D., Prasser H.M. Uncertainty analysis of an interfacial area reconstruction algorithm and its application to two group interfacial area transport equation validation. Nuclear Engineering and Design, 2016, no. 310, pp. 30‒42. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2014.05.016Dave A., Manera A., Beyer M., Lucas D., Prasser H.M. Uncertainty analysis of an interfacial area reconstruction algorithm and its application to two group interfacial area transport equation validation. Nuclear Engineering and Design, 2016, no. 310, pp. 30‒42. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2014.05.016Dmitriev S.M., Khrobostov A.E., Barinov A.A., Glavnii V.G. Razrabotka I adaptatsiya vihrerazreshayshei izmeritelnoi systemi [Development and Adaptation of Vortex Realizable Measurement System for Benchmark Test with Large Scale Model of Nuclear Reactor]. Devices and Methods of Measurements, 2017, vol. 8, no. 3, pp. 203‒213 (in Russian). DOI: 10.21122/2220-9506-2017-8-3-203-213Dmitriev S.M., Khrobostov A.E., Barinov A.A., Glavnii V.G. Razrabotka I adaptatsiya vihrerazreshayshei izmeritelnoi systemi [Development and Adaptation of Vortex Realizable Measurement System for Benchmark Test with Large Scale Model of Nuclear Reactor]. Devices and Methods of Measurements, 2017, vol. 8, no. 3, pp. 203‒213 (in Russian). DOI: 10.21122/2220-9506-2017-8-3-203-213Sorokin G.A. Filtri nizhnih chastot [Low-pass filters]. Vestnik Uzhno-Uralskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Computernie tehnologii [Bulletin of the South Ural State University. Series: Computer technology, control, radio electronics], 2015, vol. 1, pp. 100‒107 (in Russian).Sorokin G.A. Filtri nizhnih chastot [Low-pass filters]. Vestnik Uzhno-Uralskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Computernie tehnologii [Bulletin of the South Ural State University. Series: Computer technology, control, radio electronics], 2015, vol. 1, pp. 100‒107 (in Russian).Kokken J., Krohn B., Kapulla R., Niceno B., Prasser H.M., Badillo A. NEA Benchmark Exercise: Computational Fluid Dynamic Prediction and Uncertainty Quantification of a GEMIX Mixing Layer Test. Nuclear energy agency committee on the safety of nuclear installations, 2019, pp. 21‒25.Kokken J., Krohn B., Kapulla R., Niceno B., Prasser H.M., Badillo A. NEA Benchmark Exercise: Computational Fluid Dynamic Prediction and Uncertainty Quantification of a GEMIX Mixing Layer Test. Nuclear energy agency committee on the safety of nuclear installations, 2019, pp. 21‒25.Bendat J., Piersol A. Random Data: Analysis and Measurements Procedures. Fourth Edition. John Willey & Sons, 2012, pp. 272‒274.Bendat J., Piersol A. Random Data: Analysis and Measurements Procedures. Fourth Edition. John Willey & Sons, 2012, pp. 272‒274.Bendat J., Piersol A. Engineering Applications of Correlation and Spectral Analysis. Second Edition. John Willey & Sons, 2013, pp. 274‒276.Bendat J., Piersol A. Engineering Applications of Correlation and Spectral Analysis. Second Edition. John Willey & Sons, 2013, pp. 274‒276.

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