專利名稱：液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置的制作方法
液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置
技術領域：
本發(fā)明屬于液態(tài)金屬鈉實驗裝置技術領域，具體涉及一種應用于液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置。
背景技術：
液態(tài)金屬鈉是快中子反應堆首選的冷卻劑材料，其沸騰兩相流動換熱特性對于鈉冷快中子反應堆的安全運行以及事故工況的預測分析具有重要意義。為了準確客觀的獲得液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性的數(shù)據(jù)，相應的實驗裝置是必須的。由于液態(tài)金屬鈉沸點高(常壓下接近900°C)，化學性質非?；顫姡虼讼鄳獙嶒炑b置在耐高溫及密封性能的要求非常高。 液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置基本工作原理是當液態(tài)金屬鈉流經(jīng)該實驗裝置時，由其內(nèi)電加熱元件進行加熱直至沸騰發(fā)生。同時通過布置在電加熱元件外壁面以及流到中的熱電偶采集相應位置的溫度，通過流道進出口壓差傳感器采集流動壓降，通過壓力表讀取沸騰發(fā)生時系統(tǒng)絕對壓力等數(shù)據(jù)。由得到的數(shù)據(jù)對液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性進行分析研究。例如，中國專利ZL201120227659. 2提供了一種水蒸氣蒸餾實驗裝置，它由裝樣品的上瓶、產(chǎn)生水蒸氣的下瓶、I型三通、球型冷凝管、彎頭、直型冷凝管、接液管、安全管和接液瓶組成。特點是上瓶體積的1/8 2/3嵌入下瓶，上下瓶由上瓶的底壁隔開，并通過外置y型三通聯(lián)接型三通的第一個端口連接下瓶的上半部分導出水蒸氣，y型三通的第二個端口連接一根10° 80°角的彎管直接插入上瓶的樣品中導入水蒸氣，進行水蒸氣蒸餾，y型三通的第三個端口裝有閥門，并與球型冷凝管連接。優(yōu)點是y型三通能靈活地將水蒸氣導入樣品或放空，但不會外泄，操作方便，安全性高；蒸餾過程中可直接往下瓶加水，蒸餾效率高；上下瓶共用一個熱源，結構簡單，可防止上瓶積水，熱效率高。該專利缺少對于壓力以及溫度進行測量的功能，且制造材料無法在液態(tài)金屬鈉沸騰時的高溫環(huán)境下安全使用，因此不適用于液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流體流動換熱特性實驗。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種即能夠保證高溫條件下正常使用及密封性能，又可以實現(xiàn)對液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動過程中溫度，壓力等物理量進行準確測量的液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的—種液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置，包括下部聯(lián)箱、實驗段外管道、上部膨脹箱和電加熱元件；實驗段外管道上端與上部膨脹箱底面中心孔焊接連接，實驗段外管道下端與下部聯(lián)箱頂面中心孔焊接連接；下部聯(lián)箱底面中心孔焊接有電加熱元件外套管；電加熱元件由電加熱元件外套管下側插入，依次穿過下部聯(lián)箱、實驗段外管道，直至上部膨脹箱底部中心孔處；上部膨脹箱頂面焊接有液位探針接管、壓力表接管以及氣路接管；上部膨脹箱側面焊接有第一熱電偶套管、第一壓力引管及液態(tài)金屬鈉出口接管；下部聯(lián)箱側面焊接有第二壓力引管、第二熱電偶套管以及液態(tài)金屬鈉進口接管。本發(fā)明進一步的改進在于電加熱元件與電加熱元件外套管底部通過卡套密封連接。本發(fā)明進一步的改進在于電加熱元件在實驗段外管道進出口處分別采用三個角度間隔為120°的支撐點定位，使電加熱元件與實驗段外管道同心設置。本發(fā)明進一步的改進在于所述電加熱元件外套管和液位探針接管均帶有散熱翅片。本發(fā)明進一步的改進在于所述下部聯(lián)箱、實驗段外管道和上部膨脹箱的材質均為 Incoloy800。本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果 I.液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置采用高溫鋼制造，可以在高溫下工作，滿足液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱實驗的要求；2.液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置各部分管道之間采用焊接連接，有很好的密封性，保證液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱實驗安全進行；3.液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置電加熱元件下部采用卡套與帶散熱翅片的外套管連接，液態(tài)金屬鈉在此處因溫度降低而凝固實現(xiàn)自封，且卡套具有良好密封性，達到雙重密，效果良好，保證液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱實驗安全進行；4.電加熱元件與實驗段外管道之間采用三點式精確定位，可以保證同心度，提高了實驗數(shù)據(jù)的可靠性；5.液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置在特定位置裝配有若干壓力引管，熱電偶套管以及液位探針接管，可以實現(xiàn)對壓力，溫度，液位等數(shù)據(jù)的有效測量，為研究液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性提供保障。總之，本裝置可以在高溫下使用，密封性良好并且可以有效測量液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動過程中壓力，溫度等關鍵參數(shù)。適合裝配于液態(tài)金屬鈉回路中對液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性進行分析研究。

圖Ia為本發(fā)明組裝后的整體結構示意圖；圖Ib為上部膨脹箱底部中心孔處的局部放大圖；圖Ic為下部聯(lián)箱頂面中心孔處的局部放大圖；圖2a為本發(fā)明上部膨脹箱結構示意圖；圖2b為圖2a的俯視示意圖；圖3a為本發(fā)明下部聯(lián)箱結構示意圖；圖3b為圖3a的俯視示意圖；圖4為本發(fā)明三點式固定結構示意圖。其中1為電加熱元件引線端；2為電加熱元件；3為電加熱元件外套管；4為熱電偶套管；5為下部聯(lián)箱；6為壓力引管；7為實驗段外管道；8為壁溫熱電偶；9為熱電偶套管；10為壓力引管；11為上部膨脹箱；12為液位探針接管；13為壓力表接管；14為氣路接管；15為液態(tài)金屬鈉出口接管；16為液態(tài)金屬鈉進口接管；17為支撐點。
具體實施方式
請參閱圖Ia至圖4所示，本發(fā)明一種液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置，包括下部聯(lián)箱5、實驗段外管道7、上部膨脹箱11、電加熱元件2、壓力引管(6、10)、熱電偶套管(4、9)、液位探針接管12和氣路接管14。本發(fā)明液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置，材料為Incoloy800，可以在1200°C下正常使用。結合圖Ia至圖lc，實驗段外管道7外壁面布置若干測溫熱電偶8 ;實驗段外管道7上端與上部膨脹箱11底面中心孔焊接連接，實驗段外管道7下端與下部聯(lián)箱5頂面中心孔焊接連接；下部聯(lián)箱5底面中心孔焊接帶散熱翅片的電加熱元件外套管3 ;電加熱元件2由電加熱元件外套管3下側插入，依次穿過下部聯(lián)箱5，實驗段外管道7，直至上部膨脹箱11底部中心孔處。結合圖2a和圖2b，上部膨脹箱11頂面焊接帶散熱翅片的液位探針接管12，壓力表接管13以及氣路接管14 ;上部膨脹箱11側面焊接熱電偶套管9，壓力引管10及液態(tài)金屬鈉出口接管15。 結合圖3a和圖3b，下部聯(lián)箱5側面焊接壓力引管6，熱電偶套管4以及液態(tài)金屬鈉進口接管16 ;電加熱元件2與電加熱元件外套管3底部通過卡套連接保證密封。結合圖4，電加熱元件2在實驗段外管道7進出口處分別采用三個角度間隔為120°的支撐點17定位，保證與外管道的同心度。實驗進行前準備工作將本發(fā)明所述實驗裝置與液態(tài)金屬鈉回路進行連接，使得液態(tài)金屬鈉由液態(tài)金屬鈉進口接管16流入，由液態(tài)金屬鈉出口接管15流出；在液位探針接管12內(nèi)安裝適用于液態(tài)金屬鈉的液位探針；壓力表接管13上安裝壓力表；壓力引管6和壓力引管10之間連接相應的壓差傳感器；熱電偶套管4與熱電偶套管9內(nèi)分別插入高溫熱電偶并用卡套密封；連接液位探針，熱電偶，壓差傳感器等測量裝置的信號引線；電加熱元件引線I與系統(tǒng)電源連接；下部聯(lián)箱5，實驗段外管道7，上部膨脹箱11均包裹保溫材料。實驗進行時液態(tài)金屬鈉由實驗回路預熱裝置升溫至所需入口溫度，在回路電磁泵驅動下由液態(tài)金屬鈉進口接管16流入下部聯(lián)箱5并在此進行整流，經(jīng)過電加熱元件2與實驗段外管道7所形成的環(huán)形通道被電加熱元件2加熱直至沸騰發(fā)生，然后進入上部膨脹箱11，鈉蒸汽在上部膨脹箱11內(nèi)被冷卻凝結后，由液態(tài)金屬鈉出口接管15流出該實驗裝置。在實驗過程中，溫度通過實驗裝置上的各熱電偶信號讀取，壓降及壓力通過壓差傳感器及壓力表讀取，液位通過液位探針測量，流速通過回路流量計讀取。實驗完成后可以通過實驗得到的各溫度，壓力，壓差，流速等數(shù)據(jù)對液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性進行分析研究。經(jīng)過在某液態(tài)金屬鈉實驗回路中安裝并進行使用，證明該實驗裝置可以滿足對液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性進行分析研究的要求。該裝置耐高溫，密封性能良好，使用方便，數(shù)據(jù)合理可靠。因此本發(fā)明非常適合實驗用液態(tài)金屬鈉回路內(nèi)裝配并用于液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性分析研究工作。以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明由所提交的權利要求書確定專利保護范圍。
權利要求
1.一種液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置，其特征在于，包括下部聯(lián)箱(5)、實驗段外管道(7)、上部膨脹箱(11)和電加熱元件(2 );實驗段外管道(7 )上端與上部膨脹箱(11)底面中心孔焊接連接，實驗段外管道(7)下端與下部聯(lián)箱(5)頂面中心孔焊接連接；下部聯(lián)箱(5 )底面中心孔焊接有電加熱元件外套管(3 );電加熱元件(2 )由電加熱元件外套管(3)下側插入，依次穿過下部聯(lián)箱(5)、實驗段外管道(7)，直至上部膨脹箱(11)底部中心孔處；上部膨脹箱(11)頂面焊接有液位探針接管(12)、壓力表接管(13)以及氣路接管(14);上部膨脹箱(11)側面焊接有第一熱電偶套管(9)、第一壓力引管(10)及液態(tài)金屬鈉出口接管(15);下部聯(lián)箱(5)側面焊接有第二壓力引管(6)、第二熱電偶套管(4)以及液態(tài)金屬鈉進口接管(16)。
2.根據(jù)權利要求I所述的液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置，其特征在于，電加熱元件(2)與電加熱元件外套管(3)底部通過卡套密封連接。
3.根據(jù)權利要求I所述的液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置，其特征在于，電加熱元件(2)在實驗段外管道(7)進出口處分別采用三個角度間隔為120°的支撐點(17 )定位，使電加熱元件(2 )與實驗段外管道(7 )同心設置。
4.根據(jù)權利要求I所述的液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置，其特征在于，所述電加熱元件外套管(3)和液位探針接管(12)均帶有散熱翅片。
5.根據(jù)權利要求I所述的液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置，其特征在于，所述下部聯(lián)箱(5)、實驗段外管道(7)和上部膨脹箱(11)的材質均為IncoloySOO。
全文摘要
本發(fā)明公開一種液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性實驗裝置，實驗段外管道上端與上部膨脹箱底面中心孔焊接連接，實驗段外管道下端與下部聯(lián)箱頂面中心孔焊接連接；下部聯(lián)箱底面中心孔焊接有電加熱元件外套管；電加熱元件由電加熱元件外套管下側插入，依次穿過下部聯(lián)箱、實驗段外管道，直至上部膨脹箱底部中心孔處；上部膨脹箱頂面焊接有液位探針接管、壓力表接管以及氣路接管；上部膨脹箱側面焊接有第一熱電偶套管、第一壓力引管及液態(tài)金屬鈉出口接管；下部聯(lián)箱側面焊接有第二壓力引管、第二熱電偶套管以及液態(tài)金屬鈉進口接管。本裝置可以在高溫下使用，密封性良好并且可以有效測量液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動過程中壓力，溫度等關鍵參數(shù)。
文檔編號G01N25/20GK102890100SQ20121038107
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月10日 優(yōu)先權日2012年10月10日
發(fā)明者秋穗正, 巫英偉, 仇子鋮, 蘇光輝, 田文喜 申請人:西安交通大學