Development 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 Elements

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

Bibliographic entry

Development 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 Elements = Разработка и апробация методики оценки точности корреляционного определения скорости потока теплоносителя при исследованиях гидродинамики турбулентных потоков в элементах ядерных реакторов / I. A. Konovalov [et al.] // Приборы и методы измерений. – 2021. – Т. 12, № 1. – С. 67-74.

Abstract

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.

Abstract in another language

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.