專利名稱:液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱工水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)方法
液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程熱物理與能源利用學(xué)科領(lǐng)域，特別涉及一種液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)。
背景技木
液態(tài)金屬鈉是快中子反應(yīng)堆首選的冷卻劑材料，其沸騰兩相流動(dòng)換熱特性對(duì)于鈉冷快中子反應(yīng)堆的安全運(yùn)行以及事故エ況的預(yù)測(cè)分析具有重要意義。為了準(zhǔn)確客觀的獲得液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動(dòng)換熱特性的數(shù)據(jù)，必須建立相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)回路裝置。由于液態(tài)金屬鈉沸點(diǎn)高(常壓下接近900°C)，化學(xué)性質(zhì)非常活潑，因此相應(yīng)實(shí)驗(yàn)回路在耐高溫及密封性能的要求非常高。
例如，中國(guó)專利公布第CN101807441A號(hào)提供了ー種高溫鈉熱對(duì)流試驗(yàn)回路，包括主回路系統(tǒng)，儲(chǔ)鈉罐，進(jìn)鈉排鈉系統(tǒng)，覆蓋氣體浄化及真空系統(tǒng)，取樣箱和溫控系統(tǒng)，它既能排放回路中雜質(zhì)含量較高的鈉，又能灌裝純度較高的新鈉；既保持回路的氣密性又使得氣相試驗(yàn)空間操作通道全口徑暢通，能同時(shí)進(jìn)行鈉及鈉蒸氣的腐蝕試驗(yàn)；取樣箱能始終在氬氣保護(hù)氣氛下完成試樣的取放操作而不受空氣污染。但是，該回路主要是為了測(cè)試鈉在高溫環(huán)境下運(yùn)行時(shí)雜質(zhì)進(jìn)入后的腐蝕特性，對(duì)于流量，壓カ等物理量缺少相應(yīng)的控制和檢測(cè)手段，無法完成對(duì)于液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動(dòng)換熱特性的分析研究。
又如，中國(guó)專利申請(qǐng)201110175944. 9提供了一種液態(tài)金屬鈉熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，該回路系統(tǒng)包括灌鈉系統(tǒng)、回路本體、真空系統(tǒng)、氬氣系統(tǒng)及手套箱；其中灌鈉系統(tǒng)包括熔鈉罐、鈉過濾器；回路本體主要包括儲(chǔ)鈉罐、泵箱、主電磁泵、輔電磁泵、預(yù)熱器、試驗(yàn)段、散熱器、校驗(yàn)筒和冷阱；手套箱主要包括鈉取樣化驗(yàn)裝置。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)灌鈉操作；液態(tài)金屬鈉換熱流動(dòng)特性的分析；液態(tài)金屬鈉在線浄化；電磁流量計(jì)的標(biāo)定；液態(tài)金屬鈉的取樣分析及檢測(cè)等多項(xiàng)功能。但是，該發(fā)明所述回路是為研究液態(tài)金屬鈉單相流動(dòng)換熱特性而設(shè)計(jì)的，回路最高允許運(yùn)行溫度低于600°C，低于液態(tài)金屬鈉沸騰溫度，因此不適合用于液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動(dòng)換熱特性的分析研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，以彌補(bǔ)上述技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)液態(tài)金屬鈉沸騰兩相流動(dòng)換熱特性的分析研究。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
—種液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，包括高溫部分、低溫部分和氬氣支路；其中，
低溫部分包括儲(chǔ)鈉罐、電磁泵和浄化冷阱；
高溫部分包括再生加熱器、預(yù)熱器、試驗(yàn)段和上部膨脹箱；
氬氣支路包括氬氣瓶、膨脹穩(wěn)壓箱和真空泵；
儲(chǔ)鈉罐出鈉管道從儲(chǔ)鈉罐頂部伸出后延伸至第一三通點(diǎn)，儲(chǔ)鈉罐出鈉管道上焊接第一鈉閥；電磁泵出口管道經(jīng)第二鈉閥與第一三通點(diǎn)相連，第一三通點(diǎn)與再生加熱器殼側(cè)入ロ通過管道連接，再生加熱器殼側(cè)出ロ與預(yù)熱器入ロ相連，預(yù)熱器出ロ與試驗(yàn)段入ロ相連，試驗(yàn)段出ロ與上部膨脹箱焊接連接，上部膨脹箱出ロ與再生加熱器管側(cè)入口相連，再生加熱器管側(cè)出口管道延伸至第二三通點(diǎn)，而后與電磁泵入口管道相連構(gòu)成回路；電磁泵進(jìn)出ロ之間并聯(lián)泵旁路，通過其上的第三鈉閥進(jìn)行調(diào)節(jié)；第一三通點(diǎn)與第二三通點(diǎn)之間設(shè)置浄化冷阱，由第四鈉閥進(jìn)行調(diào)節(jié)；氬氣瓶通過第三氣閥與儲(chǔ)鈉罐相連，通過第六氣閥與上部膨脹箱相連；真空泵通過第九鈉閥與膨脹穩(wěn)壓箱相連，膨脹穩(wěn)壓箱通過第十氣閥與上部膨脹箱相連。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于儲(chǔ)鈉罐與上部膨脹箱內(nèi)分別設(shè)置第一液位探針與第二液位探針。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于儲(chǔ)鈉罐、上部膨脹箱以及膨脹穩(wěn)壓箱上分別裝配壓カ表以及相應(yīng)排氣閥。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于連接第一三通點(diǎn)與再生加熱器殼側(cè)入口的管道上設(shè)有電磁流量計(jì)。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于所述低溫部分的材質(zhì)為316L不銹鋼。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于所述高溫部分的材質(zhì)為Incoloy800。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于儲(chǔ)鈉罐出鈉管道一端延伸至距離距儲(chǔ)鈉罐底部150mm處。
基于液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟
回路充鈉
回路啟動(dòng)前，回路所有氣閥，鈉閥處于關(guān)閉狀態(tài)；先對(duì)儲(chǔ)鈉罐內(nèi)固態(tài)金屬鈉進(jìn)行預(yù)熱，待溫度提升至200°C ;然后對(duì)回路各部分管道進(jìn)行預(yù)熱，使回路低溫部分及高溫部分均達(dá)到200°C至300°C之間；三個(gè)壓カ表分別通過第一氣閥、第五氣閥以及第七氣閥連通儲(chǔ)鈉罐、上部膨脹箱以及膨脹穩(wěn)壓箱；打開第一氣閥、第五氣閥以及第七氣閥從而可以通過壓カ表分別觀察儲(chǔ)鈉罐、上部膨脹箱以及膨脹穩(wěn)壓箱內(nèi)壓カ；打開所有第一鈉閥、第二鈉閥、第三鈉閥和第四鈉閥，使回路低溫部分與高溫部分聯(lián)通；上部膨脹箱上連通有第四氣閥，打開第三氣閥通過氬氣瓶向儲(chǔ)鈉罐內(nèi)充入氬氣進(jìn)行加壓，同時(shí)打開第四氣閥為上部膨脹箱排氣，將液態(tài)金屬鈉由儲(chǔ)鈉罐壓入整個(gè)回路；待上部膨脹箱內(nèi)液態(tài)鈉到達(dá)預(yù)定液位時(shí)關(guān)閉第ー鈉閥停止壓鈉；關(guān)閉第三氣閥以及第四氣閥完成回路充鈉；
回路啟動(dòng)與運(yùn)行
開啟電磁泵，使回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉在電磁泵的驅(qū)動(dòng)下循環(huán)流動(dòng)；通過調(diào)節(jié)第四鈉閥控制冷阱所在支路的流量，通過調(diào)節(jié)第三鈉閥及第ニ鈉閥控制電磁泵出口流量，從而調(diào)節(jié)流經(jīng)試驗(yàn)段的液態(tài)鈉流速，連接第一三通點(diǎn)與再生加熱器殼側(cè)入口的管道上設(shè)有電磁流量計(jì)，由電磁流量計(jì)進(jìn)行觀測(cè)液態(tài)鈉流速；通過提升預(yù)熱器電加熱功率來提升回路高溫部分液態(tài)金屬鈉溫度，直至試驗(yàn)段進(jìn)ロ溫度達(dá)到試驗(yàn)要求溫度；
進(jìn)行試驗(yàn)
打開第九氣閥、第十氣閥，開啟真空泵為膨脹穩(wěn)壓箱及上部膨脹箱抽真空；保持試驗(yàn)段內(nèi)流速、壓カ和溫度，然后調(diào)節(jié)試驗(yàn)段內(nèi)電加熱元件功率直至沸騰兩相流動(dòng)出現(xiàn)，采集試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)；[0025]回路關(guān)閉
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集完畢后，關(guān)閉真空泵，關(guān)閉第十氣閥；降低回路各部分加熱功率，待回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉溫度降低至300°C時(shí)，關(guān)閉電磁泵，打開第六氣閥為上部膨脹箱充入氬氣加壓，同時(shí)打開第二氣閥為儲(chǔ)鈉罐降壓，從而使回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉流回儲(chǔ)鈉罐；所述第二氣閥連通所述儲(chǔ)鈉罐；待金屬鈉全部流回儲(chǔ)鈉罐后，關(guān)閉回路各部分電加熱設(shè)備及所有閥門。
基于液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟
回路充鈉
回路啟動(dòng)前，回路所有氣閥，鈉閥處于關(guān)閉狀態(tài)；先對(duì)儲(chǔ)鈉罐內(nèi)固態(tài)金屬鈉進(jìn)行預(yù)熱，待溫度提升至200°C ;然后對(duì)回路各部分管道進(jìn)行預(yù)熱，使回路低溫部分及高溫部分均達(dá)到200°C至300°C之間；三個(gè)壓カ表分別通過第一氣閥、第五氣閥以及第七氣閥連通儲(chǔ)鈉罐、上部膨脹箱以及膨脹穩(wěn)壓箱；打開第一氣閥、第五氣閥以及第七氣閥從而可以通過壓カ表分別觀察儲(chǔ)鈉罐、上部膨脹箱以及膨脹穩(wěn)壓箱內(nèi)壓カ；打開所有第一鈉閥、第二鈉閥、第三鈉閥和第四鈉閥，使回路低溫部分與高溫部分聯(lián)通；上部膨脹箱上連通有第四氣閥，打開第三氣閥通過氬氣瓶向儲(chǔ)鈉罐內(nèi)充入氬氣進(jìn)行加壓，同時(shí)打開第四氣閥為上部膨脹箱排氣，將液態(tài)金屬鈉由儲(chǔ)鈉罐壓入整個(gè)回路；待上部膨脹箱內(nèi)液態(tài)鈉到達(dá)預(yù)定液位時(shí)關(guān)閉第ー鈉閥停止壓鈉；關(guān)閉第三氣閥以及第四氣閥完成回路充鈉；
回路啟動(dòng)與運(yùn)行
開啟電磁泵，使回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉在電磁泵的驅(qū)動(dòng)下循環(huán)流動(dòng)；通過調(diào)節(jié)第四鈉閥控制冷阱所在支路的流量，通過調(diào)節(jié)第三鈉閥及第ニ鈉閥控制電磁泵出口流量，從而調(diào)節(jié)流經(jīng)試驗(yàn)段的液態(tài)鈉流速，連接第一三通點(diǎn)與再生加熱器殼側(cè)入口的管道上設(shè)有電磁流量計(jì)，由電磁流量計(jì)進(jìn)行觀測(cè)液態(tài)鈉流速；通過提升預(yù)熱器電加熱功率來提升回路高溫部分液態(tài)金屬鈉溫度，直至試驗(yàn)段進(jìn)ロ溫度達(dá)到試驗(yàn)要求溫度；
進(jìn)行試驗(yàn)
開啟第九氣閥、第十氣閥，啟動(dòng)真空泵對(duì)膨脹穩(wěn)壓箱和上部膨脹箱抽真空；抽真空后關(guān)閉第九氣閥與真空泵；打開第六氣閥，通過氬氣瓶向上部膨脹箱充入氬氣，待達(dá)到所需壓カ后，調(diào)節(jié)試驗(yàn)段電加熱元件功率，直至沸騰兩相流動(dòng)出現(xiàn)，采集試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)；
回路關(guān)閉
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集完畢后，關(guān)閉真空泵，關(guān)閉第十氣閥；降低回路各部分加熱功率，待回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉溫度降低至300°C時(shí)，關(guān)閉電磁泵，打開第六氣閥為上部膨脹箱充入氬氣加壓，同時(shí)打開第二氣閥為儲(chǔ)鈉罐降壓，從而使回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉流回儲(chǔ)鈉罐；所述第二氣閥連通所述儲(chǔ)鈉罐；待金屬鈉全部流回儲(chǔ)鈉罐后，關(guān)閉回路各部分電加熱設(shè)備及所有閥門。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
I、回路高溫部分可以達(dá)到1200°C的運(yùn)行溫度，完全可以達(dá)到液態(tài)金屬鈉沸騰兩相試驗(yàn)的要求；
2、回路各部分之間采取氬弧焊焊接，可以保證整體密封性，可以達(dá)到液態(tài)金屬鈉沸騰兩相試驗(yàn)的要求；
3、通過加裝不同試驗(yàn)段和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)液態(tài)金屬鈉沸騰兩相換熱流動(dòng)特性進(jìn)行分析研究。
通過回路系統(tǒng)建成后的運(yùn)行情況證明，回路可以很好的完成以上各項(xiàng)功能，可以實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬鈉沸騰兩相換熱流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)研究。


圖I是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為気氣瓶；2為儲(chǔ)鈉罐；3為電磁泵；4為凈化冷阱；5為電磁流量計(jì)；6為再生加熱器；7為預(yù)熱器；8為試驗(yàn)段；9為上部膨脹箱；10為膨脹穩(wěn)壓箱；11為真空泵；1_1為第一鈉閥；1-2為第二鈉閥；1-3為第二鈉閥；1-4為第四鈉閥；2_1為第一氣閥；2_2為第ニ氣閥；2-3為第三氣閥；2-4為第四氣閥；2-5為第五氣閥；2-6為第六氣閥；2_7為第七氣閥；2-8為第八氣閥；2-9為第九氣閥；2-10為第十氣閥；3-1為儲(chǔ)鈉罐液位探針；3_2為上部膨脹箱液位探針。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)分為三部分高溫部分，低溫部分，氬氣支路。其中低溫部分包括儲(chǔ)鈉罐2，電磁泵3，浄化冷阱4，電磁流量計(jì)5，4個(gè)鈉閥以及相應(yīng)連接管道，該部分均由316L不銹鋼制造，允許運(yùn)行溫度上限為400°C (取決于電磁泵3允許運(yùn)行溫度)；高溫部分包括再生加熱器6，預(yù)熱器7，試驗(yàn)段8，上部膨脹箱9以及相應(yīng)連接管道，該部分由Incoloy800制造，允許運(yùn)行溫度達(dá)到1200°C ;氬氣支路包括氬氣瓶1，膨脹穩(wěn)壓箱10，真空泵11，3個(gè)壓カ表，10個(gè)真空隔膜閥以及相應(yīng)連接管道。
回路構(gòu)成如下
儲(chǔ)鈉罐2出鈉管道從距儲(chǔ)鈉罐2底部150mm處開始，由儲(chǔ)鈉罐2頂部伸出后延伸至三通點(diǎn)A，出鈉管道上焊接第一鈉閥1-1。電磁泵3出ロ管道經(jīng)第二鈉閥1-2與三通點(diǎn)A相連，三通點(diǎn)A與再生加熱器6殼側(cè)入ロ通過管道連接，其上布置電磁流量計(jì)5，再生加熱器6殼側(cè)出口與預(yù)熱器7入口相連，預(yù)熱器7出口與試驗(yàn)段8入口相連，試驗(yàn)段8出口與上部膨脹箱9焊接連接，上部膨脹箱9出ロ與再生加熱器6管側(cè)入口相連，再生加熱器6管側(cè)出ロ管道延伸至三通點(diǎn)B，而后與電磁泵3入口管道相連構(gòu)成回路。電磁泵3進(jìn)出ロ之間并聯(lián)泵旁路，通過其上的第三鈉閥1-3進(jìn)行調(diào)節(jié)；三通點(diǎn)A與B之間設(shè)置浄化冷阱4，由第四鈉閥1-4進(jìn)行調(diào)節(jié)。氬氣瓶I通過第三氣閥2-3與儲(chǔ)鈉罐2相連，通過第六氣閥2-6與上部膨脹箱9相連；真空泵11通過第九鈉閥2-9與膨脹穩(wěn)壓箱10相連，膨脹穩(wěn)壓箱10通過第十氣閥2-10與上部膨脹箱9相連。儲(chǔ)鈉罐2與上部膨脹箱9內(nèi)分別設(shè)置液位探針3-1與3-2。儲(chǔ)鈉罐2，上部膨脹箱9以及膨脹穩(wěn)壓箱10上分別裝配壓カ表以及相應(yīng)排氣閥。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作詳細(xì)說明。
本部分結(jié)合圖1，介紹本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例，分別為負(fù)壓下液態(tài)金屬鈉沸騰兩相換熱流動(dòng)特性試驗(yàn)以及特定壓カ下液態(tài)金屬鈉沸騰兩相換熱流動(dòng)特性試驗(yàn)。
(一)負(fù)壓下液態(tài)金屬鈉沸騰兩相換熱流動(dòng)特性試驗(yàn)
結(jié)合圖1，介紹本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例，負(fù)壓下液態(tài)金屬鈉沸騰兩相換熱流動(dòng)特性試驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)分為回路充鈉，回路啟動(dòng)與運(yùn)行，進(jìn)行試驗(yàn)，回路關(guān)閉四個(gè)步驟。
回路充鈉
由圖I所示，回路啟動(dòng)前，確保回路所有氣閥，鈉閥處于關(guān)閉狀態(tài)。先對(duì)儲(chǔ)鈉罐2內(nèi)固態(tài)金屬鈉進(jìn)行預(yù)熱，待溫度提升至200°C左右，認(rèn)為液態(tài)鈉達(dá)到進(jìn)入回路的要求。然后
8對(duì)回路各部分管道進(jìn)行預(yù)熱，使回路低溫部分及高溫部分均達(dá)到200°C至300°C之間，達(dá)到液態(tài)金屬鈉流動(dòng)所需溫度。打開第一氣閥2-1，第五氣閥2-5以及第七氣閥2-7從而可以通過壓カ表分別觀察儲(chǔ)鈉罐2，上部膨脹箱9以及膨脹穩(wěn)壓箱10內(nèi)壓力。打開所有鈉閥1-1，1-2，1-3和1-4，使回路低溫部分與高溫部分聯(lián)通。打開第三氣閥2-3通過氬氣瓶I向儲(chǔ)鈉罐2內(nèi)緩慢充入氬氣進(jìn)行加壓，同時(shí)打開第四氣閥2-4為上部膨脹箱9排氣，從而使儲(chǔ)鈉罐2與上部膨脹箱9之間保持相對(duì)穩(wěn)定的壓差，將液態(tài)金屬鈉以較穩(wěn)定的速度由儲(chǔ)鈉罐2壓入整個(gè)回路。待上部膨脹箱9內(nèi)液位探針3-2低液位指示燈亮起時(shí)進(jìn)ー步減慢壓鈉速度，待上部膨脹箱9內(nèi)液位探針3-2高液位指示燈亮起時(shí)關(guān)閉第一鈉閥1-1停止壓鈉。關(guān)閉第三氣閥2-3以及第四氣閥2-4完成回路充鈉。
回路啟動(dòng)與運(yùn)行
由圖I所示，開啟電磁泵3，使回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉在電磁泵3的驅(qū)動(dòng)下循環(huán)流動(dòng)。通過調(diào)節(jié)第四鈉閥1-4控制冷阱4所在支路的流量，通過調(diào)節(jié)第三鈉閥1-3及第ニ鈉閥1-2控制電磁泵3出ロ流量，從而調(diào)節(jié)流經(jīng)試驗(yàn)段8的液態(tài)鈉流速，由電磁流量計(jì)5進(jìn)行觀測(cè)。通過緩慢提升預(yù)熱器7電加熱功率來提升回路高溫部分液態(tài)金屬鈉溫度，直至試驗(yàn)段8進(jìn)ロ溫度達(dá)到試驗(yàn)要求溫度。
進(jìn)行試驗(yàn)
由圖I所示，打開第九氣閥2-9，第十氣閥2-10，開啟真空泵11為膨脹穩(wěn)壓箱10及上部膨脹箱9抽真空，使其真空度達(dá)到所需要求。保持試驗(yàn)段8內(nèi)流速，壓力，溫度等參數(shù)，然后調(diào)節(jié)試驗(yàn)段8內(nèi)電加熱元件功率直至沸騰兩相流動(dòng)出現(xiàn)，采集試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)。
回路關(guān)閉
由圖I所示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集完畢后，關(guān)閉真空泵11，關(guān)閉第十氣閥2-10。緩慢降低回路各部分加熱功率，待回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉溫度降低至300°C左右時(shí)，關(guān)閉電磁泵3，打開第六氣閥2-6為上部膨脹箱9充入氬氣加壓，同時(shí)打開第二氣閥2-2為儲(chǔ)鈉罐2降壓，從而使回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉流回儲(chǔ)鈉罐2。待金屬鈉全部流回儲(chǔ)鈉罐2后，關(guān)閉回路各部分電加熱設(shè)備及鈉閥，氣閥。至此，負(fù)壓下液態(tài)金屬鈉沸騰兩相換熱流動(dòng)特性試驗(yàn)進(jìn)行完畢。
(ニ)特定壓カ下液態(tài)金屬鈉沸騰兩相換熱流動(dòng)特性試驗(yàn)
特定壓カ下液態(tài)金屬鈉沸騰兩相換熱流動(dòng)特性試驗(yàn)與負(fù)壓下液態(tài)金屬鈉沸騰兩相換熱流動(dòng)特性試驗(yàn)過程基本相似，其回路充鈉，回路啟動(dòng)與運(yùn)行，回路關(guān)閉三個(gè)步驟操作方式完全相同。僅進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)操作方式存在差別，現(xiàn)僅對(duì)進(jìn)行試驗(yàn)的步驟進(jìn)行描述。
回路啟動(dòng)與運(yùn)行后，首先開啟第九氣閥2-9，第十氣閥2-10，啟動(dòng)真空泵11對(duì)膨脹穩(wěn)壓箱10和上部膨脹箱9抽真空。抽真空后關(guān)閉第九氣閥2-9與真空泵11。打開第六氣閥2-6，通過氬氣瓶I向上部膨脹箱9充入氬氣，該過程中第六鈉閥2-6開度需進(jìn)行控制，使系統(tǒng)壓カ緩慢變化，以達(dá)到盡可能精確的控制。待達(dá)到所需壓カ后，調(diào)節(jié)試驗(yàn)段8電加熱元件功率，直至沸騰兩相流動(dòng)出現(xiàn)，采集試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)。該過程中膨脹穩(wěn)壓箱10起到穩(wěn)壓作用。待試驗(yàn)參數(shù)采集完畢，進(jìn)行回路關(guān)閉操作，至此，特定壓カ下液態(tài)金屬鈉沸騰兩相換熱流動(dòng)特性試驗(yàn)進(jìn)行完畢。
經(jīng)系統(tǒng)回路使用和運(yùn)行證明，該回路設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行安全，可以完成負(fù)壓下液態(tài)金屬鈉沸騰兩相換熱流動(dòng)特性試驗(yàn)以及特定壓カ下液態(tài)金屬鈉沸騰兩相換熱流動(dòng)特性試驗(yàn)。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)ー步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求
書確定專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在于，包括高溫部分、低溫部分和氬氣支路；其中， 低溫部分包括儲(chǔ)鈉罐(2)、電磁泵(3)和浄化冷阱(4)； 高溫部分包括再生加熱器(6)、預(yù)熱器(7)、試驗(yàn)段(8)和上部膨脹箱(9); 氬氣支路包括氬氣瓶(I)、膨脹穩(wěn)壓箱(10 )和真空泵(11); 儲(chǔ)鈉罐(2)出鈉管道從儲(chǔ)鈉罐(2)頂部伸出后延伸至第一三通點(diǎn)(A)，儲(chǔ)鈉罐(2)出鈉管道上焊接第一鈉閥(1-1);電磁泵(3)出口管道經(jīng)第二鈉閥(1-2)與第一三通點(diǎn)(A)相連，第一三通點(diǎn)(A)與再生加熱器(6)殼側(cè)入口通過管道連接，再生加熱器(6)殼側(cè)出口與預(yù)熱器(7)入口相連，預(yù)熱器(7)出口與試驗(yàn)段(8)入口相連，試驗(yàn)段(8)出口與上部膨脹箱(9)焊接連接，上部膨脹箱(9)出口與再生加熱器(6)管側(cè)入口相連，再生加熱器(6)管側(cè)出口管道延伸至第二三通點(diǎn)(B)，而后與電磁泵(3)入口管道相連構(gòu)成回路；電磁泵(3)進(jìn)出口之間并聯(lián)泵旁路，通過其上的第三鈉閥(1-3)進(jìn)行調(diào)節(jié)；第一三通點(diǎn)(A)與第二三通點(diǎn)(B)之間設(shè)置浄化冷阱(4)，由第四鈉閥(1-4)進(jìn)行調(diào)節(jié)；氬氣瓶(I)通過第三氣閥(2-3)與儲(chǔ)鈉罐(2 )相連，通過第六氣閥(2-6 )與上部膨脹箱(9 )相連；真空泵(11)通過第九鈉閥(2-9 )與膨脹穩(wěn)壓箱(10)相連，膨脹穩(wěn)壓箱(10)通過第十氣閥(2-10)與上部膨脹箱(9)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在干，儲(chǔ)鈉罐(2)與上部膨脹箱(9)內(nèi)分別設(shè)置第一液位探針(3-1)與第二液位探針(3-2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在干，儲(chǔ)鈉罐(2)、上部膨脹箱(9)以及膨脹穩(wěn)壓箱(10)上分別裝配壓カ表以及相應(yīng)排氣閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在干，連接第一三通點(diǎn)(A)與再生加熱器(6 )殼側(cè)入口的管道上設(shè)有電磁流量計(jì)(5 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在干，所述低溫部分的材質(zhì)為316L不銹鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在干，所述高溫部分的材質(zhì)為Incoloy800。
7.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)，其特征在干，儲(chǔ)鈉罐(2)出鈉管道一端延伸至距離距儲(chǔ)鈉罐(2)底部150mm處。
8.基于權(quán)利要求
I所述的液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟 (O回路充鈉 回路啟動(dòng)前，回路所有氣閥，鈉閥處于關(guān)閉狀態(tài)；先對(duì)儲(chǔ)鈉罐(2)內(nèi)固態(tài)金屬鈉進(jìn)行預(yù)熱，待溫度提升至200°C ;然后對(duì)回路各部分管道進(jìn)行預(yù)熱，使回路低溫部分及高溫部分均達(dá)到200°C至300°C之間；三個(gè)壓カ表分別通過第一氣閥(2-1)、第五氣閥(2-5)以及第七氣閥(2-7)連通儲(chǔ)鈉罐(2)、上部膨脹箱(9)以及膨脹穩(wěn)壓箱(10);打開第一氣閥(2-1)、第五氣閥(2-5)以及第七氣閥(2-7)從而可以通過壓カ表分別觀察儲(chǔ)鈉罐(2)、上部膨脹箱(9)以及膨脹穩(wěn)壓箱(10)內(nèi)壓カ；打開所有第一鈉閥(1-1)、第二鈉閥(1-2)、第三鈉閥(1-3)和第四鈉閥(1-4)，使回路低溫部分與高溫部分聯(lián)通；上部膨脹箱(9)上連通有第四氣閥(2-4),打開第三氣閥(2-3)通過氬氣瓶(I)向儲(chǔ)鈉罐(2)內(nèi)充入氬氣進(jìn)行加壓，同時(shí)打開第四氣閥(2-4)為上部膨脹箱(9)排氣，將液態(tài)金屬鈉由儲(chǔ)鈉罐(2)壓入整個(gè)回路；待上部膨脹箱(9)內(nèi)液態(tài)鈉到達(dá)預(yù)定液位時(shí)關(guān)閉第一鈉閥(1-1)停止壓鈉；關(guān)閉第三氣閥(2-3)以及第四氣閥(2-4)完成回路充鈉； (2)回路啟動(dòng)與運(yùn)行 開啟電磁泵(3)，使回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉在電磁泵(3)的驅(qū)動(dòng)下循環(huán)流動(dòng)；通過調(diào)節(jié)第四鈉閥(1-4)控制冷阱(4)所在支路的流量，通過調(diào)節(jié)第三鈉閥(1-3)及第ニ鈉閥(1-2)控制電磁泵(3)出口流量，從而調(diào)節(jié)流經(jīng)試驗(yàn)段(8)的液態(tài)鈉流速，連接第一三通點(diǎn)(A)與再生加熱器(6)殼側(cè)入ロ的管道上設(shè)有電磁流量計(jì)(5)，由電磁流量計(jì)(5)進(jìn)行觀測(cè)液態(tài)鈉流速；通過提升預(yù)熱器(7)電加熱功率來提升回路高溫部分液態(tài)金屬鈉溫度，直至試驗(yàn)段(8)進(jìn)ロ溫度達(dá)到試驗(yàn)要求溫度； (3)進(jìn)行試驗(yàn) 打開第九氣閥(2-9)、第十氣閥(2-10)，開啟真空泵(11)為膨脹穩(wěn)壓箱(10)及上部膨脹箱(9)抽真空；保持試驗(yàn)段(8)內(nèi)流速、壓カ和溫度，然后調(diào)節(jié)試驗(yàn)段(8)內(nèi)電加熱元件功率直至沸騰兩相流動(dòng)出現(xiàn)，采集試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)； (4)回路關(guān)閉 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集完畢后，關(guān)閉真空泵(11)，關(guān)閉第十氣閥(2-10);降低回路各部分加熱功率，待回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉溫度降低至300°C時(shí)，關(guān)閉電磁泵(3)，打開第六氣閥(2-6)為上部膨脹箱(9)充入氬氣加壓，同時(shí)打開第二氣閥(2-2)為儲(chǔ)鈉罐(2)降壓，從而使回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉流回儲(chǔ)鈉罐(2);所述第二氣閥(2-2)連通所述儲(chǔ)鈉罐(2);待金屬鈉全部流回儲(chǔ)鈉罐(2)后，關(guān)閉回路各部分電加熱設(shè)備及所有閥門。
9.基于權(quán)利要求
I所述的液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟 (O回路充鈉 回路啟動(dòng)前，回路所有氣閥，鈉閥處于關(guān)閉狀態(tài)；先對(duì)儲(chǔ)鈉罐(2)內(nèi)固態(tài)金屬鈉進(jìn)行預(yù)熱，待溫度提升至200°C ;然后對(duì)回路各部分管道進(jìn)行預(yù)熱，使回路低溫部分及高溫部分均達(dá)到200°C至300°C之間；三個(gè)壓カ表分別通過第一氣閥(2-1)、第五氣閥(2-5)以及第七氣閥(2-7)連通儲(chǔ)鈉罐(2)、上部膨脹箱(9)以及膨脹穩(wěn)壓箱(10);打開第一氣閥(2-1)、第五氣閥(2-5)以及第七氣閥(2-7)從而可以通過壓カ表分別觀察儲(chǔ)鈉罐(2)、上部膨脹箱(9)以及膨脹穩(wěn)壓箱(10)內(nèi)壓カ；打開所有第一鈉閥(1-1)、第二鈉閥(1-2)、第三鈉閥(1-3)和第四鈉閥(1-4)，使回路低溫部分與高溫部分聯(lián)通；上部膨脹箱(9)上連通有第四氣閥(2-4),打開第三氣閥(2-3)通過氬氣瓶(I)向儲(chǔ)鈉罐(2)內(nèi)充入氬氣進(jìn)行加壓，同時(shí)打開第四氣閥(2-4)為上部膨脹箱(9)排氣，將液態(tài)金屬鈉由儲(chǔ)鈉罐(2)壓入整個(gè)回路；待上部膨脹箱(9)內(nèi)液態(tài)鈉到達(dá)預(yù)定液位時(shí)關(guān)閉第一鈉閥(1-1)停止壓鈉；關(guān)閉第三氣閥(2-3)以及第四氣閥(2-4)完成回路充鈉； (2)回路啟動(dòng)與運(yùn)行 開啟電磁泵(3)，使回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉在電磁泵(3)的驅(qū)動(dòng)下循環(huán)流動(dòng)；通過調(diào)節(jié)第四鈉閥(1-4)控制冷阱(4)所在支路的流量，通過調(diào)節(jié)第三鈉閥(1-3)及第ニ鈉閥(1-2)控制電磁泵(3)出口流量，從而調(diào)節(jié)流經(jīng)試驗(yàn)段(8)的液態(tài)鈉流速，連接第一三通點(diǎn)(A)與再生加熱器(6)殼側(cè)入ロ的管道上設(shè)有電磁流量計(jì)(5)，由電磁流量計(jì)(5)進(jìn)行觀測(cè)液態(tài)鈉流速；通過提升預(yù)熱器(7)電加熱功率來提升回路高溫部分液態(tài)金屬鈉溫度，直至試驗(yàn)段(8)進(jìn)ロ溫度達(dá)到試驗(yàn)要求溫度； (3)進(jìn)行試驗(yàn) 開啟第九氣閥(2-9)、第十氣閥(2-10)，啟動(dòng)真空泵(11)對(duì)膨脹穩(wěn)壓箱(10)和上部膨脹箱(9)抽真空；抽真空后關(guān)閉第九氣閥(2-9)與真空泵(11);打開第六氣閥(2-6)，通過氬氣瓶(I)向上部膨脹箱(9)充入氬氣，待達(dá)到所需壓カ后，調(diào)節(jié)試驗(yàn)段(8)電加熱元件功率，直至沸騰兩相流動(dòng)出現(xiàn)，采集試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)； (4)回路關(guān)閉 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集完畢后，關(guān)閉真空泵(11)，關(guān)閉第十氣閥(2-10);降低回路各部分加熱功率，待回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉溫度降低至300°C時(shí)，關(guān)閉電磁泵(3)，打開第六氣閥(2-6)為上部膨脹箱(9)充入氬氣加壓，同時(shí)打開第二氣閥(2-2)為儲(chǔ)鈉罐(2)降壓，從而使回路內(nèi)液態(tài)金屬鈉流回儲(chǔ)鈉罐(2);所述第二氣閥(2-2)連通所述儲(chǔ)鈉罐(2);待金屬鈉全部流回儲(chǔ)鈉罐(2)后，關(guān)閉回路各部分電加熱設(shè)備及所有閥門。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種液態(tài)金屬鈉沸騰兩相熱工水力實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)方法，本回路系統(tǒng)分為三部分高溫部分，低溫部分，氬氣支路；其中低溫部分包括儲(chǔ)鈉罐，電磁泵，電磁流量計(jì)，凈化冷阱，4個(gè)鈉閥以及相應(yīng)連接管道，該部分均由316L不銹鋼制造；高溫部分包括再生加熱器，預(yù)熱器，試驗(yàn)段，上部膨脹箱以及相應(yīng)連接管道，該部分由Incoloy800制造，允許運(yùn)行溫度達(dá)到1200℃；氬氣支路包括氬氣瓶，膨脹穩(wěn)壓箱，真空泵，3個(gè)壓力表，10個(gè)真空隔膜閥以及相應(yīng)連接管道。該系統(tǒng)適合在高溫下運(yùn)行，密封性能良好，通過加裝不同試驗(yàn)段和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液態(tài)金屬鈉沸騰兩相換熱流動(dòng)特性進(jìn)行分析研究。
文檔編號(hào)G21C17/025GKCN102915777SQ201210381288
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期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(qǐng)人:西安交通大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan