用于堆芯冷却剂测量的非绝缘管壁电磁流量传感器分析方法研究

发布时间：2017-09-22 09:06

  本文关键词：用于堆芯冷却剂测量的非绝缘管壁电磁流量传感器分析方法研究

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【摘要】：近年来,核能利用中的铀资源紧缺及核废料难以处理两大难题加剧。钠冷快堆是唯一实际建成可以解决以上两大难题的小型核反应堆,因此全球有核国家加紧了对它的建设。钠冷快堆冷却剂流量的准确检测关系到反应堆的安全运行,因而冷却剂流量仪表研究成为了学术界研究的热点之一。然而,钠冷快堆冷却剂的物理及化学特性使常规流量仪表的测量受到一定制约。非绝缘管壁电磁流量传感器作为钠冷快堆冷却剂测量的堆芯仪表,既具有典型绝缘管壁电磁流量传感器的优势,又解决了传感器结构的不足。多年来,有关非绝缘管壁电磁流量传感器分析方法的研究成果很少,基础理论体系尚未完善,限制了其在核工程及其他领域的应用。基于上述背景,本文围绕非绝缘管壁电磁流量传感器基本理论中两大核心问题,即权重函数及传感器测量特性展开研究。主要内容如下:1.总结非绝缘管壁电磁流量传感器分析方法研究的相关理论。一方面介绍了典型点电极绝缘管壁电磁流量传感器基本测量方程、边界条件、权重函数理论及经典流场理论;另一方面介绍了非绝缘管壁电磁流量传感器的一些研究成果,并对存在的问题加以总结,为本文的研究打下基础。2.非绝缘管壁电磁流量传感器近似测量方程的研究。对非绝缘管壁电磁流量传感器的结构、物性与典型电磁流量传感器进行对比讨论。重点讨论了通过对典型绝缘管壁电磁流量传感器输出感应电势进行折算得到非绝缘管壁电磁流量传感器输出信号的一些问题。同时,提出非绝缘管壁电磁流量传感器的等效电路模型,即将管壁、流体简化为电阻作用来描述与传感器输出信号的关系。这些工作为非绝缘管壁电磁流量传感器的近似分析方法提供了一个基本模型。3.对非绝缘管壁电磁流量传感器权重函数的研究。从感应电势的空间关系角度对比研究非绝缘管壁电磁流量传感器与典型绝缘管壁电磁流量传感器边界条件。重点指出非绝缘管壁电磁流量传感器的求解域、边界条件的增加及边界条件的复杂性,对解析求解拉普拉斯方程带来极大困难。在场论背景下采用“虚电流密度法”,获取管壁、流体的电特性与非绝缘管壁电磁流量传感器权重函数分布的关系。进而基于虚电流密度在传感器内的分布特点,提出一种“贡献权/损耗权”的概念,从感应电势的空间关系描述了非绝缘测量管壁对传感器输出电压的影响。结合上述研究成果,从数值仿真方面定量分析了管壁、流体的电特性对权重函数不均匀度的影响。为今后传感器的设计及实际工程应用提供了一种分析参考依据,在分析方法上最大限度的讨论了电磁流量传感器对流速分布不敏感的特点。这些工作为后续对传感器的分析方法研究作铺垫。4.基于非绝缘管壁电磁流量传感器权重函数的分析结论,对其测量特性展开深入研究。从多物理场角度,选取非绝缘管壁电磁流量传感器模型,分析计算了测量管壁、流体的电特性对传感器输出信号及输出信号折算率的影响,并得到若干重要结论。同时,针对传感器制造过程中存在的信号引出点不对称及引出方式进行分析。得到了信号引出点不对称程度及引出凸台面积与传感器输出信号的影响关系。这些研究工作为后续传感器的分析设计与实验验证打下基础。5.非绝缘管壁电磁流量传感器分析方法的验证性实验与相关特性分析。基于实验室验证平台系统,设计了非绝缘管壁电磁流量传感器,并讨论了验证性实验装置及其工作流程概要。通过比对理论模型与验证性实验所获得的数据,验证了本文所提出分析方法的基本正确性。为其今后投入实际应用与相关基础研究提供参考依据。
【关键词】：电磁流量传感器 非绝缘管壁 权重函数 多物理场耦合 传感器分析特性
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL353.1;TP212
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 主要符号对照表11-17
• 第一章 绪论17-28
• 1.1 课题的研究背景及意义17-18
• 1.2 国内外研究现状18-23
• 1.2.1 堆芯仪表研究现状18-21
• 1.2.2 电磁流量传感器分析方法研究现状21-23
• 1.3 现有非绝缘管壁电磁流量传感器分析方法面临的难点及存在的问题23-25
• 1.4 本文的主要内容及研究思路25-28
• 第二章 非绝缘管壁电磁流量传感器分析方法研究相关理论基础28-51
• 2.1 引言28
• 2.2 流量与流量测量28-29
• 2.3 典型绝缘管壁电磁流量传感器基本理论29-35
• 2.3.1 基本测量原理29-31
• 2.3.2 测量方程及边界条件31-35
• 2.4 电磁流量传感器权重函数理论35-39
• 2.4.1 权重函数的定义及求解35-37
• 2.4.2 权重函数的分布特性及物理意义37-39
• 2.5 非绝缘管壁电磁流量传感器现有理论39-42
• 2.5.1 非绝缘测量管概念39-40
• 2.5.2 非绝缘管壁电磁流量传感器现有分析方法40-42
• 2.6 满管条件下管道中流体流速分布规律42-46
• 2.7 数值分析方法的相关理论46-49
• 2.7.1 有限元分析法47-48
• 2.7.2 多物理场耦合分析软件Comsol Multiphysics48-49
• 2.8 本章小结49-51
• 第三章 非绝缘管壁电磁流量传感器的近似测量方程的分析51-61
• 3.1 引言51
• 3.2 非绝缘管壁电磁流量传感器结构特点51-52
• 3.3 对非绝缘管壁电磁流量传感器近似测量方程的讨论52-58
• 3.3.1 已有文献的近似测量方程分析53-54
• 3.3.2 等效电路模型构建54-58
• 3.4 近似测量方法的局限性及权重函数分析的必要性58-59
• 3.5 本章小结59-61
• 第四章 非绝缘管壁电磁流量传感器权重函数的研究61-81
• 4.1 引言61
• 4.2 基于权重场与虚电流密度法的权重函数的计算方法61-64
• 4.3 非绝缘管壁电磁流量传感器权重函数研究64-70
• 4.3.1 传感器边界条件64-65
• 4.3.2.传感器内虚电流密度分布65-70
• 4.4 非绝缘管壁电磁流量传感器权重函数仿真分析及特性研究70-78
• 4.4.1 仿真算例模型的构建70-72
• 4.4.2 管壁厚度与权重函数关系分析研究72-75
• 4.4.3 管壁、流体电导率与权重函数关系分析研究75-78
• 4.5 非绝缘管壁电磁流量传感器权重函数不均匀度研究78-80
• 4.6 本章小结80-81
• 第五章 非绝缘管壁电磁流量传感器特性仿真研究81-107
• 5.1 引言81
• 5.2 管壁厚度与传感器测量特性关系仿真研究81-91
• 5.2.1 管壁厚度与传感器输出信号的关系81-84
• 5.2.2 管壁厚度与传感器输出信号折算率的关系84-90
• 5.2.3 多物理场耦合方法与近似测量方法对比90-91
• 5.3 管壁及流体的电导率与传感器测量特性关系仿真研究91-100
• 5.3.1 电导率与传感器输出信号关系92-94
• 5.3.2 电导率与传感器输出信号折算率的关系94-99
• 5.3.3 多物理场耦合方法与近似测量方程的对比99-100
• 5.4 非绝缘管壁电磁流量传感器制造中的一些问题100-106
• 5.4.1 信号引出点位置对称性对输出信号影响101-103
• 5.4.2 信号引出点设计对输出信号影响103-106
• 5.5 本章小结106-107
• 第六章 非绝缘管壁电磁流量传感器及验证实验设计107-124
• 6.1 引言107
• 6.2 非绝缘管壁电磁流量传感器设计107-115
• 6.3 液态金属测量验证实验设计115-118
• 6.3.1 被测金属液体选择及励磁设计115-118
• 6.3.2 验证实验过程设计118
• 6.4 水循环系统下验证实验及传感器设计118-123
• 6.5 本章小结123-124
• 第七章 非绝缘管壁电磁流量传感器验证实验及分析124-139
• 7.1 引言124
• 7.2 液态金属测量验证实验装置及结果分析124-128
• 7.2.1 转换器的介绍124-125
• 7.2.2 实验流程及结果分析125-128
• 7.3 水循环系统下验证实验装置及结果分析128-138
• 7.3.1 验证实验装置介绍128-133
• 7.3.2 实验结果及分析133-138
• 7.4 本章小结138-139
• 第八章 结论与展望139-144
• 8.1 结论139-141
• 8.2 论文研究的主要创新141
• 8.3 展望141-144
• 附录 有限元仿真计算结果144-153
• 参考文献153-159
• 攻读博士学位期间公开发表的学术论文及参与的学术工作159-161
• 致谢161-162

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 何佳闰;郭正荣;;钠冷快堆发展综述[J];东方电气评论;2013年03期

2 续焕英;齐海涛;蒋晓芸;;Fractional Cattaneo heat equation in a semi-infinite medium[J];Chinese Physics B;2013年01期

3 胡象明;王锋;;英国核废料管理的经验分析[J];环境保护;2012年17期

4 王硕;;三里岛核泄漏影响美国32年[J];课外阅读;2011年13期

5 林峗;张长义;宁广胜;佟振峰;杨文;;国产压力容器材料辐照性能研究[J];中国材料进展;2011年05期

6 刘丽丽;;虚电流与权重函数的关系研究[J];科技信息;2011年02期

7 张艳艳;巩轲;何淑芳;霍玉晶;;激光多普勒测速技术进展[J];激光与红外;2010年11期

8 匡沙沙;;电磁流量计的基本原理及其特点[J];企业导报;2010年11期

9 郭志锋;;哈萨克斯坦铀资源开发近况[J];国外核新闻;2009年02期

10 张军;崔宝;;液体流量标准装置校准科氏力质量流量计之探讨[J];计测技术;2008年S1期

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本文编号：899938