專利名稱：水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水與熔融金屬相互作用實驗并對實驗過程進行同步觀測技術領域，具體是一種水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置。
背景技術：
高溫難揮發(fā)性熔融物與低溫易揮發(fā)性冷卻劑相互作用產生爆炸破壞的現象可能發(fā)生在核反應堆嚴重堆芯熔化事故中、也可能發(fā)生在冶金工業(yè)煉鋼爐事故中。由于熔融物與冷卻劑相互作用可能引起巨大的經濟損失和環(huán)境破壞，所以這一復雜的物理現象是目前國際上安全研究領域里的一個重要研究對象。通過水注入熔融金屬的相互作用可視化實驗，有助于對其相互作用發(fā)生機理和反應過程進行更深入的研究。但是由于熔融金屬的不透明性，以往的實驗裝置往往只能觀測到熔融金屬液面以上的相互作用過程。本裝置在水與熔融金屬相互作用過程中，可以同時對不透明的熔融金屬液位上方與液位下方的反應過程進行觀測，并可根據實驗需求調整和保持水與熔融金屬溫度，控制水注入量，改變水注入速率，有助于對水與熔融金屬相互作用類型和發(fā)生機理進行研究。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置。本發(fā)明是通過以下技術方案實現的。一種水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置，包括加熱水箱、注水管以及反應容器，其中:-加熱水箱，用于實驗用水的存儲以及保持所需溫度；-注水管，設置在加熱水箱下端，并與加熱水箱連接為一整體；用于引導水注入反應容器，同時，用于調節(jié)水注入量和調整注入連續(xù)水柱或單個水滴的直徑；-反應容器，設置在注水管的下方，用于盛儲熔融金屬并對其加熱；所述反應容器包括反應容器基座及加熱板，所述加熱板設置在反應容器基座的內部，所述反應容器基座上設有反應過程可視窗。所述反應容器基座的側內壁開有若干溫度檢測孔；所述反應容器基座的側外壁，順著每個溫度檢測孔焊接有空心導管，所述空心導管與溫度檢測孔形成貫穿的通道；所述反應容器基座上與注水管相對應處設有反應容器注入口。所述溫度檢測孔內設有鎧裝熱電偶，熔融金屬在所述空心導管內逐漸冷卻凝固，自動形成密封。所述空心導管長度為IOcm至15cm。所述反應過程可視窗前端設有玻璃蓋板，所述玻璃蓋板與反應容器基座固定連接，玻璃蓋板與反應過程可視窗之間加裝有石墨墊片。
所述反應過程可視窗為石英玻璃材料，所述石英玻璃材料由15mm厚的石英玻璃板在900°C經過退火處理得到。所述反應容器基座的后部為加熱板蓋板，反應容器基座內部形成腔體，加熱板位于該腔體中；所述加熱板與反應容器基座之間的縫隙內填充有導熱膠。導熱膠確保加熱板向熔融金屬傳熱良好。所述加熱板采用電加熱，其加熱功率可調節(jié)。所述加熱水箱頂蓋處設有注水口，所述加熱水箱的側內壁設有溫度檢測孔，所述溫度檢測孔內設有熱電偶，所述熱電偶采用密封膠密封在溫度檢測孔內；所述加熱水箱內設有加熱裝置，所述加熱裝置為加熱裝置，并連接在水箱側壁面；所述加熱裝置功率可調節(jié)。所述注水口用于向水箱注水，同時保持水箱與大氣相通維持水箱常壓。所述注水管的出水口管嘴與出水管底端活動連接，所述注水管的底端出水口處距離反應容器的高度可調節(jié)；所述注水管上設有閥門，所述閥門開度可調節(jié)。閥門用于調節(jié)水注入量，可實現從大量連續(xù)水柱注入到單個水滴注入的轉變；注水管出水口管嘴與出水管底端活動連接，可更換管嘴直徑尺寸以改變水柱或水滴直徑；通過調節(jié)注水管底端出水口處距離反應容器高度可以改變水注入速率。本發(fā)明的提供的水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置，其部件主要采用不銹鋼材料。本發(fā)明在水與熔融金屬相互作用過程中，可以同時對不透明的熔融金屬液位上方與液位下方的反應過程進行觀測的實驗裝置，另外，還可以根據實驗需求調整和保持水與熔融金屬溫度，控制水注入量，實現從大量連續(xù)水柱注入到單個水滴注入的轉變，改變水注入速率，從而更好的理解水與熔融金屬相互作用規(guī)律。


圖1為本實驗裝置的整體示意圖，其中，(a)為正視圖，(b)為側視圖；圖2為反應容器基座,其中，(a)為正視圖，(b)為剖視圖，(C)為側視圖；圖中:I為注水口，2為水箱溫度檢測孔，3為加熱水箱，4為閥門，5為注水管管嘴，6為注水管,7為反應容器,8為玻璃蓋板,9為反應過程可視窗，10為反應容器基座，11為石墨墊片，12為加熱板,13為加熱板蓋板,14為反應容器注入口，15為水箱加熱裝置，16為空心導管，17為反應容器溫度檢測孔。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括加熱水箱3、注水管6以及反應容器7，其中:-加熱水箱3，用于實驗用水的存儲以及保持所需溫度；-注水管6，設置在加熱水箱3下端，并與加熱水箱3連接為一整體；用于引導水注入反應容器7，同時，用于調節(jié)水注入量和調整注入連續(xù)水柱或單個水滴的直徑；-反應容器7，設置在注水管6的下方，用于盛儲熔融金屬并對其加熱；如圖2所示，反應容器7包括反應容器基座10及加熱板12，加熱板12設置在反應容器基座10的內部，反應容器基座10上設有反應過程可視窗9。進一步地，反應容器基座10的側內壁開有若干反應容器溫度檢測孔17 ;反應容器基座10的側外壁，順著每個反應容器溫度檢測孔17焊接有空心導管16，空心導管16與反應容器溫度檢測孔17形成貫穿的通道；反應容器基座10上與注水管6相對應處設有反應容器注入口 14。進一步地，反應容器溫度檢測孔17內設有鎧裝熱電偶，熔融金屬在空心導管16內逐漸冷卻凝固，自動形成密封。進一步地,空心導管16長度為IOcm至15cm。進一步地，反應過程可視窗9前端設有玻璃蓋板8，玻璃蓋板8與反應容器基座10通過螺絲固定連接，也可以通過其他方式固定連接，玻璃蓋板8與反應過程可視窗9之間加裝有石墨塾片11。進一步地，反應過程可視窗9為石英玻璃材料，石英玻璃材料由15_厚的石英玻璃板在900°C經過退火處理得到。進一步地，加熱板12與反應容器基座10之間的縫隙內填充有導熱膠。導熱膠確保加熱板12向熔融金屬傳熱良好。進一步地，加熱板12采用電加熱，其加熱功率可調節(jié)。進一步地，反應容器基座10的后部設為加熱板蓋板13，使反應容器基座10內部形成腔體，加熱板12位于該腔體中。加熱板蓋板13通過螺絲固定連接在反應容器基座10的
基座壁上。進一步地，加熱水箱3頂蓋處設有注水口 I,加熱水箱3的側內壁設有水箱溫度檢測孔2，水箱溫度檢測孔2內設有熱電偶，熱電偶采用密封膠密封在水箱溫度檢測孔2內；加熱水箱3內設有加熱裝置15，加熱裝置15為電加熱器，并連接在加熱水箱3側壁面；力口熱裝置功率可調節(jié)。注水口 I用于向加熱水箱3注水，同時保持加熱水箱3與大氣相通維持水箱常壓。進一步地,注水管6的出水口管嘴與出水管底端活動連接,注水管6的底端出水口處距離反應容器7的高度可調節(jié)；注水管6上設有閥門4，閥門4開度可調節(jié)。閥門4用于調節(jié)水注入量，可實現從大量連續(xù)水柱注入到單個水滴注入的轉變；注水管6出水口管嘴與出水管底端活動連接，可更換管嘴直徑尺寸以改變水柱或水滴直徑；通過調節(jié)注水管底端出水口處距離反應容器高度可以改變水注入速率。本實施例通過加熱水箱頂蓋處的注水口 I向水箱注水,并保持水箱與大氣相通維持水箱常壓。水箱的加熱裝置15用于加熱水箱中實驗用水，并保持實驗用水所需溫度。水箱側壁開有水箱溫度檢測孔2，用于安裝熱電偶，實時監(jiān)測水箱中實驗用水溫度。當實驗用水達到所需溫度并穩(wěn)定后，通過注水管注入反應容器注入口 14，水注入量通過開度可調的閥門4進行控制，可進行大量連續(xù)水柱注入和單個水滴注入。水柱或水滴直徑可由注水管管嘴5進行調整，注水管管嘴可拆卸更換。水與熔融金屬在反應容器7中進行反應，反應過程透過反應過程可視窗9進行觀測記錄，熔融金屬通過電加熱板12進行加熱，并維持實驗所需溫度。反應容器基座10的內側壁開有反應容器溫度檢測孔17，用于安裝鎧裝熱電偶，實時監(jiān)測熔融金屬溫度。在反應容器側外壁的空心導管16和溫度檢測孔形成貫穿的通道，熔融金屬在導管內逐漸冷卻凝固，自動形成密封。以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質內容。
權利要求
1.一種水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置，其特征在于，包括加熱水箱、注水管以及反應容器，其中: -加熱水箱，用于實驗用水的存儲以及保持所需溫度； -注水管，設置在加熱水箱下端，并與加熱水箱連接為一整體； -反應容器，設置在注水管的下方，用于盛儲熔融金屬并對其加熱； 所述反應容器包括反應容器基座及加熱板，所述加熱板設置在反應容器基座的內部，所述反應容器基座上設有反應過程可視窗。
2.根據權利要求1所述的水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置，其特征在于，所述反應容器基座的側內壁開有若干溫度檢測孔；所述反應容器基座的側外壁，順著每個溫度檢測孔焊接有空心導管，所述空心導管與溫度檢測孔形成貫穿的通道；所述反應容器基座上與注水管相對應處設有反應容器注入口。
3.根據權利要求2所述的水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置，其特征在于，所述反應容器溫度檢測孔內設有鎧裝熱電偶，熔融金屬在空心導管內逐漸冷卻凝固，自動形成密封。
4.根據權利要求2所述的水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置，其特征在于，所述空心導管長度為IOcm至15cm。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置，其特征在于，所述反應過程可視窗前端設有玻璃蓋板，所述玻璃蓋板與反應容器基座固定連接，所述玻璃蓋板與反應過程可視窗之間加裝有石墨墊片。
6.根據權利要求5所述的水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置，其特征在于，所述反應過程可視窗為石英玻璃材料，所述石英玻璃材料由15_厚的石英玻璃板在900°C經過退火處理得到。
7.根據權利要求1至4中任一項所述的水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置，其特征在于，所述反應容器基座的后部為加熱板蓋板，反應容器基座內部形成腔體，加熱板位于該腔體中；所述加熱板與反應容器基座之間的縫隙內填充有導熱膠。
8.根據權利要求7所述的水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置，其特征在于，所述加熱板采用電加熱，其加熱功率可調節(jié)。
9.根據權利要求1所述的水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置，其特征在于，所述加熱水箱頂蓋處設有注水口，所述加熱水箱的側內壁設有水箱溫度檢測孔，所述水箱溫度檢測孔內設有熱電偶，所述熱電偶采用密封膠密封在水箱溫度檢測孔內；所述加熱水箱內設有加熱裝置，所述加熱裝置為加熱裝置，并連接在水箱側壁面；所述加熱裝置功率可調節(jié)。
10.根據權利要求1所述的水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置，其特征在于，所述注水管的出水口管嘴與出水管底端活動連接，所述注水管的底端出水口處距離反應容器的高度可調節(jié)；所述注水管上設有閥門，所述閥門開度可調節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水與熔融金屬相互作用動態(tài)過程可視化實驗裝置，包括加熱水箱，用于實驗用水的存儲以及保持所需溫度；注水管，設置在加熱水箱下端，并與加熱水箱連接為一整體；反應容器，設置在注水管的下方，用于盛儲熔融金屬并對其加熱；反應容器包括反應容器基座及加熱板，加熱板設置在反應容器基座的內部，反應容器基座上設有反應過程可視窗。本發(fā)明可以調節(jié)實驗所需水注入速度、水注入量以及水柱注入到水滴注入的轉變，通過反應過程可視窗從外部對實驗過程直接進行拍攝，在水與熔融金屬相互作用過程中，可以同時對不透明的熔融金屬液位上方與液位下方的反應過程進行觀測，有助于對水與熔融金屬相互作用類型和發(fā)生機理進行研究。
文檔編號G01N25/00GK103091349SQ20131001521
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權日2013年1月15日
發(fā)明者林萌, 張政銘, 周源, 鐘明君, 李延凱, 侯東, 楊燕華 申請人:上海交通大學