Разработка и апробация методики оценки точности корреляционного определения скорости потока теплоносителя при исследованиях гидродинамики турбулентных потоков в элементах ядерных реакторов

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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: 10.21122/2220-9506-2020-11-3-196-203

5. Prasser 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.2016.10.038

6. Dave 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.2014.05.016

7. Dmitriev 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: 10.21122/2220-9506-2017-8-3-203-213

8. 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).

9. 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.

10. Bendat J., Piersol A. Random Data: Analysis and Measurements Procedures. Fourth Edition. John Willey & Sons, 2012, pp. 272‒274.

11. Bendat J., Piersol A. Engineering Applications of Correlation and Spectral Analysis. Second Edition. John Willey & Sons, 2013, pp. 274‒276.