一种超临界水中细颗粒运动观测实验装置制造方法及图纸

技术编号:19145270 阅读:53 留言:0更新日期:2018-10-13 09:28
本实用新型专利技术公开了一种超临界水中细颗粒运动观测实验装置,包括:由压力容器外壁(4)制备的压力容器,其内填充有带有颗粒物质的水;探头(5),其发射的X射线透过压力容器外壁(4),并以图片形式记录和收集压力容器内颗粒物质的运动情况;防护层(3),其防止探头(5)的射线辐射,并加强压力容器外壁(4)的结构强度;升压泵(1),其将带有颗粒物质的水加压注入压力容器中;和,固定设置于压力容器底端的加热板(6),其对压力容器内的带有颗粒物质的水进行加热。所述装置耐压强度大,通过探头可以通过可视化的形式对超临界状态的颗粒物质的运动沉积变化进行直观的、明确的研究,研究结果的可信度高。

An experimental device for fine particle motion observation in supercritical water

The utility model discloses an experimental device for observing the movement of fine particles in supercritical water, which comprises a pressure vessel prepared from the outer wall (4) of a pressure vessel filled with water with particulate matter; a probe (5) whose X-ray emission passes through the outer wall (4) of a pressure vessel and records and collects particulate matter in the pressure vessel in the form of a picture. A protective layer (3) prevents radiation from the probe (5) and strengthens the structural strength of the outer wall (4) of the pressure vessel; a boost pump (1) pressurizes water with particulate matter into the pressure vessel; and a heating plate (6) fixed at the bottom of the pressure vessel, which has particulate matter in the pressure vessel. Water is heated. The device has high compressive strength, and the movement and deposition of particulate matter in the supercritical state can be visualized by the probe. The results of the research are highly reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种超临界水中细颗粒运动观测实验装置
本技术属于能源领域和机械应用领域,具体涉及一种超临界水中细颗粒运动观测实验装置。
技术介绍
自从20世纪50年代以来,人们开始逐渐探索使用核能进行发电。在环境保护成为大趋势的前提下,大力安全地发展核电,已经成为节能减排的重要途径和方法。超临界水堆(SCWR)是六种第四代核反应堆中唯一以轻水做冷却剂的反应堆,它是在现有水冷反应堆技术和超临界火电技术基础上发展起来的革新设计。与目前运行的水冷堆相比,它具有系统简单、装置尺寸小、热效率高、经济性和安全性更好的特点。这让SCWR成为一种比较有前途的先进核能系统。在超临界水堆的压力容器中,冷却剂在正常工况下并不会达到超临界状态。在正常工况下,冷却剂会对回路管道、燃料组件等产生冲蚀,会在冷却剂中形成一定量的冲蚀产物;这些冲蚀产物以细颗粒的形式存在,随冷却剂一起运动。另外,冷却剂在生产过程中有可能掺杂着某些不溶性物质,如果这些物质熔点较高,那么在冷却剂的工作状态下依然以固态颗粒形式存在。这些细颗粒掺杂在冷却剂中,将影响冷却剂的流动性和膨胀性,从而降低冷却剂的能量转化能力;细颗粒随着冷却剂流动过程中对管道和相关设备的冲刷还会加速设备的老化和磨损,危及设备和系统的安全性;另外,当发生严重事故时,冷却剂中的颗粒物如果与冷却剂一起排放到环境中,将会危害环境。当超临界水堆发生严重事故工况时,例如,失流事故,此时,压力容器中的冷却剂基本不再循环流动,无法实现冷却作用,使得反应堆中压力容器的内部压力极易升高,使冷却剂升至超临界压力状态。细颗粒物质在超临界压力状态下随冷却剂在压力容器中流动,其对冷却剂能量转化、对设备磨损的影响与正常工况下存在差异。所以在严重事故工况下,研究超临界压力下压力容器内部细颗粒的运动沉积变化,对于探索细颗粒运动沉积规律,快速释放其中的衰变热能,具有重要的作用意义。在目前已有的相关实验装置中,虽然具有超临界水自然循环实验装置,可以达到超临界水的状态,但是其为封闭循环回路,不具有可视化的功能,不能观测介质在其内部的运动变化特征;或者,一些细颗粒运动沉积实验装置虽具有可视化功能,但是其压力在亚临界压力以下,不具有超临界水的压力特征。因而,超临界水中细颗粒运动变化规律的实验装置,在能源实验及机械装置研究领域具有非常广阔的应用前景。由于上述原因,本专利技术人对现有的技术进行改进,研究出一种超临界水中颗粒物质运动观测实验装置。
技术实现思路
为了克服上述问题,本专利技术人进行了锐意研究,设计出超临界水中细颗粒运动观测实验装置,所述装置具体来说,本技术的目的在于提供一种超临界水中颗粒物质运动观测实验装置,该实验装置包括:由压力容器外壁4制备的压力容器,其内填充有带有颗粒物质的水;探头5,其发射端和接收端对称设置于压力容器外壁4的侧壁外侧并固定于防护层3的内壁,所述探头5发射的X射线透过压力容器外壁4,并以图片形式记录和收集压力容器外壁4内颗粒物质的运动情况;防护层3,其包覆在探头5和压力容器外壁4的外周,防止探头5的射线辐射到装置外部,并加强压力容器外壁4的结构强度;升压泵1,其与压力容器外壁4的下部连接,并将带有颗粒物质的水加压注入压力容器中;固定设置于压力容器底端的加热板6,其对压力容器内的带有颗粒物质的水进行加热。所述压力容器外壁4的耐受压力为22~27MPa,优选为25~27MPa。所述压力容器外壁4的侧壁上固接有位置和大小与探头5适配的观察窗8;所述观察(8由蓝宝石晶体、金刚石或耐高温玻璃制成,优选为蓝宝石晶体。所述防护层3使用铅、不锈钢、钼铬合金钢或钛合金制备,优选使用铅制备。所述防护层3沿探头5的发射端和接收端连接方向竖直分为两个大小不同部件,探头5固定于分割面积较大的部件的侧壁内侧上。所述防护层3的两个组成部件的连接处,设置有管道孔,以容纳与压力容器连接的管道。所述升压泵1与防护层3之间还设置有防止压力容器内的水倒流的逆止阀2。在压力容器外壁4的顶端还设置有机械阀7,当压力容器内的压力超过设定限度时,自动泄压至限度以下。所述机械阀7将压力容器中的压力调整至23~27MPa。本技术还提供了一种使用上述的超临界水中颗粒物质运动观测实验装置的进行颗粒运动观测实验的方法,包括以下步骤:(1)设定机械阀的压力调整范围为23-27MPa;(2)启动加压泵,向压力容器内注入带有颗粒物质的水,使压力容器内的水压升至3~5MPa后,停止注水;(3)启动加热板,当压力容器的水温达到350℃时,探头自动启动X射线拍照功能,对压力容器内的颗粒物质进行拍照;当压力容器内的水温达到了374℃时,加热板自动停止加热;(4)探头持续拍照,将压力容器中颗粒物质的移动轨迹以图片形式记录下来,并将收集的图像信息以光电信号的方式传输到外部的信号采集收集器,实现颗粒运动轨迹的观测。本技术所具有的有益效果包括:(1)本技术提供的装置耐压强度大,并且具有压力容器外壁,通过探头可以通过可视化的形式对超临界状态的颗粒物质的运动沉积变化进行直观的、明确的研究,研究结果的可信度高;(2)在本技术提供的实验装置中,具有可控制的升压、加热部件,能够使得耐压强度很大的压力容器外壁4内的水达到超临界状态;机械阀7可以在压力超过限度后自动释放压力至限度以下,稳定压力,提高了装置的安全性。附图说明图1示出根据本技术一种优选实施方式的超临界水中颗粒物质运动观测实验装置示意图;图2示出根据本技术一种优选实施方式的超临界水中颗粒物质运动观测实验装置示意图;图3示出根据图1中所示的超临界水中颗粒物质运动观测实验装置的左视示意图;图4示出图1中所示的超临界水中颗粒物质运动观测实验装置的俯视示意图。附图标号说明:1-加压泵2-逆止阀3-防护层4-压力容器外壁5-探头6-加热板7-机械阀8-可视窗具体实施方式下面通过附图和实施例对本技术进一步详细说明。通过这些示例性的说明,本技术的特点和优点将变得更为清楚明确。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面,但是除非特别指出,不必按比例绘制附图。此外,下面所描述的本技术不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。根据本技术提供的一种超临界水中颗粒物质运动观测实验装置,如图1所示,在所述实验装置中具有一个可以容纳轻水的压力容器和用于对压力容器内的水加热的加热板,用于模拟超临界水反应堆中压力容器内的状况。在超临界水反应堆中的压力容器中,使用轻水作为冷却剂;本技术提供的超临界水中细颗粒运动观测实验装置中,可以通过升压泵1向压力空间内注入水,以模拟超临界水反应堆压力容器中的冷却剂。在本技术中,所述水是指分子量为18.015的轻水,所述水经过除盐净化处理去除其中的离子;优选所述水为蒸馏水,这样可以避免在高温条件下由于不同离子相互结合或理化性质改变导致的析出,使得检测结果更为准确和可信。在所述注入的水中,还可以分别添加1200ppm用量的硼酸和氢氧化锂作为添加剂,使压力空间内注入的水与超临界水堆压力容器内的冷却剂成分更为接近,检测结果也更为接近实际情况。进一步的,本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种超临界水中细颗粒运动观测实验装置,其特征在于,该实验装置包括:由压力容器外壁(4)制备的压力容器,其内填充有带有颗粒物质的水;探头(5),其发射端和接收端对称设置于压力容器外壁(4)的侧壁外侧并固定于防护层(3)的内壁,所述探头(5)发射的X射线透过压力容器外壁(4),并以图片形式记录和收集压力容器外壁(4)内颗粒物质的运动情况;防护层(3),其包覆在探头(5)和压力容器外壁(4)的外周,防止探头(5)的射线辐射到装置外部,并加强压力容器外壁(4)的结构强度;升压泵(1),其与压力容器外壁(4)的下部连接,并将带有颗粒物质的水加压注入压力容器中;和,固定设置于压力容器底端的加热板(6),其对压力容器内的带有颗粒物质的水进行加热。

【技术特征摘要】
1.一种超临界水中细颗粒运动观测实验装置,其特征在于,该实验装置包括:由压力容器外壁(4)制备的压力容器,其内填充有带有颗粒物质的水;探头(5),其发射端和接收端对称设置于压力容器外壁(4)的侧壁外侧并固定于防护层(3)的内壁,所述探头(5)发射的X射线透过压力容器外壁(4),并以图片形式记录和收集压力容器外壁(4)内颗粒物质的运动情况;防护层(3),其包覆在探头(5)和压力容器外壁(4)的外周,防止探头(5)的射线辐射到装置外部,并加强压力容器外壁(4)的结构强度;升压泵(1),其与压力容器外壁(4)的下部连接,并将带有颗粒物质的水加压注入压力容器中;和,固定设置于压力容器底端的加热板(6),其对压力容器内的带有颗粒物质的水进行加热。2.根据权利要求1所述实验装置,其特征在于,所述压力容器外壁(4)的耐受压力为22~27MPa。3.根据权利要求1或2所述实验装置,其特征在于,所述压力容器外壁(4)的侧壁上固接有位置和大小与探头(5)适...

【专利技术属性】
技术研发人员:周涛马栋梁王尧新李兵冯祥
申请(专利权)人:华北电力大学
类型:新型
国别省市:北京,11

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