本发明专利技术的目的在于提供一种用于含气溶胶的液池表面气泡破裂行为特性研究的实验装置及其实验方法，包括预热水箱、加热水箱、气腔、闪蒸上升段、溢流水箱、回流水箱、超声波发生器，超声波发生器下方连接下降管，下降管伸入预热水箱里，预热水箱的底部连通蠕动泵，蠕动泵通过软管连通盘管，盘管设置在加热水箱里，加热水箱通过注水管道及阀门连通储水容器，盘管的出口连通闪蒸段入口，溢流水箱、闪蒸上升段以及气腔自上而下依次相连，溢流水箱固定于回流水箱里，闪蒸上升段固定于回流水箱下方。本发明专利技术能够测量不同液相环境以及不同温度下气泡破裂产生液滴的行为，较好的重现核电厂事故工况下气溶胶的夹带行为。
【技术实现步骤摘要】
一种用于含气溶胶的液池表面气泡破裂行为特性研究的实验装置及其实验方法
本专利技术涉及的是一种模拟核事故的实验装置及其方法，具体地说是源项释放行为研究的实验装置及实验方法。
技术介绍
在核反应堆发生严重事故后，例如一回路蒸汽管道出现破口事故甚至是堆芯熔毁等，可能导致反应堆一回路系统被悬浮或溶解的放射性核素污染，在自然沉降或工程安全设施的作用下，带有放射性的气溶胶会滞留在液池中。而由于衰变热的作用或压力降低，液池会沸腾产生气泡；在安全壳的过滤排放系统中，当气体注入液池中也同样会在液池中产生气泡，当气泡上升到液池表面时，其破裂产生的液滴会将液相中带有放射性的气溶胶夹带至气相中。此类夹带现象可以简单的描述为通过气力将液滴输送到气相。虽然短期而言这种由于液滴夹带而造成气溶胶来源非常弱，但是在事故后期，液池中放射性物质的浓度很高，且液滴夹带会有累计效应。因此，这种很弱但是持续性很强的夹带会产生相当可观的气溶胶。所以，对含有气溶胶条件下液滴夹带现象的研究对于核电站安全系统的设计和优化很重要。目前，液滴夹带特性的研究主要有两种方法——(1)直接通过测量液滴的质量或者质量流量来计算夹带量；(2)通过测量液滴的尺寸分布，并通过一定的转换关系得到液滴的夹带量。本专利技术是基于第二种方案来研究气溶胶加入的情况下液滴的夹带的测量。前人对鼓泡池中气泡破裂产生液滴的行为已经进行了一系列的研究。但这些研究中所提到的实验装置大多采用静止液池，且都是基于单一液相环境下进行的气泡破裂实验。如“单气泡破裂产生膜液滴空间分布实验研究(马超，薄涵亮，2015)”和“Experimentalstudyofliquidcarryoverinaseparatordrum”(PrabhudharwadkarDM,MoreRZ,IyerKN，2010)等文献中提到的利用鼓泡塔产生气泡并研究气泡破碎行为的实验装置。其主要工作原理为通过针孔或者孔板向静止的液池中注入气体，在液池中产生气泡，气泡上升到气液交界面后会发生破裂，对其产生的液滴进行收集和测量就能够得到液滴的尺寸和数目等一些基本信息。然而这些信息均是基于纯净液池的实验得到的，在液池性质发生改变后，如在液池中加入气溶胶，气泡破碎产生的液滴特性会发生变化。因此，现有实验数据无法描述含气溶胶的液池表面气泡破碎产生的液滴参数。而且如果基于现有实验装置直接加入气溶胶进行实验，气溶胶将在静止的液池内沉积以及结块，以致实验不准确。文献“Filmdropproductionasafunctionofbubblesize(BlanchardDC,SyzdekLD，1988)”同样也是利用针孔在液池中产生气泡，与常规的鼓泡装置有一些差异，其在实验装置中考虑了溢流操作，即气泡在溢流液面产生并发生破裂，作者测量的是产生液滴的数目，因此溢流而带来的液面波动对实验结果并没有太大的影响。但是在使用高速摄影对气泡进行拍摄时，由于其是实时测量的，因此溢流液面带来的波动，会给气泡以及液滴的识别带来诸多困难，同时实验的重复性也会较差，因此不经过特殊处理的溢流操作不能够满足实验需求。国内有许多关于鼓泡塔方面的专利，例如“一种鼓泡塔气液反应器”(公开日2015年10月21日，公开号CN204710289U)，通过气相分配器来产生直径为0.5-50mm的小气泡；以及用于化工和环保
的专利“细孔筛板式鼓泡塔”(公开日2014年9月26日，公开号CN104324587A)，采用微孔通道筛板的方式产生气泡。诸多专利以及前面提及的文献都是基于孔板鼓泡的单一气泡生成方式，采用此类专利的鼓泡方式与核电站的实际情况可能有所出入(事故工况下可能会发生沸腾产生气泡)。目前，针对于气泡破裂产生的液滴的测量主要由高速摄影法、光学阵列探针、全息成像法、沉积测量法等，沉积测量法即利用运动的微小液滴撞击到水敏试纸或者油敏试纸后得到不同的撞击图像，通过不同的转换关系能够得到粒子的真实尺寸。其较之于其他三种方法，虽然实验器具简单易得，但是实验过程中存在的变量较多，因此带来的误差也较大；全息成像技术即利用干涉和衍射原理来记录并再现物体真实的三维图像的技术，通过全息光路以及再现光路能够得到清晰的全息图像，其优缺点均很突出——能够得到完整的粒子图像但是其成本较高，实现起来也较困难；光学阵列探针，其主要是由多个光电二极管以及激光组成，粒子穿过激光时会在光电二极管上留下阴影，激光以一定的频率对通过的粒子进行扫描，就能够得到粒子的完整图像，由于该设备主要用于测量云层中的液(雾)滴，因此该设备具有特殊的结构，利用统计的方法测量多气泡可行，但是对于单气泡，其并不适用。随着科技的发展，高速摄影已经被越来越多的科研工作者用来研究气泡及其产生的液滴，该设备具有直观费用低等优点。但是在特定的情况下，其也有一定的局限性——光学测量法导致气泡存在边界阴影，这就给气泡边缘分割造成了一定的困难，并且，高温实验中，由于主体液相的蒸发而导致在液滴在壁面上的结雾问题也阻碍了该现象的可视化研究。综上所述，目前关于气泡破裂产生液滴的研究中所用的实验装置大多是针对于纯净液池设计的，而这与实际反应堆事故工况下液相的性质不相符，事故工况下液池中含有气溶胶且不处于常温状态；而且现有装置都是通过单一方式产生气泡；在研究气泡的生成、破裂及其液滴夹带过程中所使用的高速摄影方法大多是基于常温、稳态的实验，而针对实际的运行工况的高温环境进行实验并不适用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供测量不同液相环境以及不同温度下气泡破裂产生液滴行为的一种用于含气溶胶的液池表面气泡破裂行为特性研究的实验装置及其实验方法。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种用于含气溶胶的液池表面气泡破裂行为特性研究的实验装置，其特征是：包括预热水箱、加热水箱、气腔、闪蒸上升段、溢流水箱、回流水箱、超声波发生器，超声波发生器下方连接下降管，下降管伸入预热水箱里，预热水箱的底部连通蠕动泵，蠕动泵通过软管连通盘管，盘管设置在加热水箱里，加热水箱通过注水管道及阀门连通储水容器，盘管的出口连通闪蒸段入口，溢流水箱、闪蒸上升段以及气腔自上而下依次相连，溢流水箱固定于回流水箱里，闪蒸上升段固定于回流水箱下方，气腔上方的闪蒸上升段设置与闪蒸段入口相通的进口，气腔下方设置进气口，进气口连通注射泵，回流水箱的底面设置与预热水箱相通的小孔。本专利技术一种用于含气溶胶的液池表面气泡破裂行为特性研究的实验装置还可以包括：1、预热水箱里设置搅拌器，搅拌器的电机位于预热水箱外部，并配备专用台架；预热水箱连接第一PID温控系统；加热水箱下端通过疏水阀及管道连通第一疏水容器，加热水箱连接第二PID温控系统；气腔上方的闪蒸上升段通过疏水取样阀连通第二疏水容器。2、加热水箱里的水完全淹没盘管，盘管为紫铜管，且为螺旋形状。3、闪蒸上升段的左右两侧为钢板，前后两侧为中部为空心的钢板，空心部分安装透明的PC板；溢流水箱的主体结构为六面体钢架结构，其四个侧面均安装透明的PC板；回流水箱的主体结构为六面体钢架结构，其面对摄像机的一面及其对侧一面安装透明的PC板，对侧一面的后方设置背光源，回流水箱里的PC板内部贴有电加热膜。本专利技术一种用于含气溶胶的液池表面气泡破裂行为特性研究的实验方法，其特征是：对预热水箱、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于含气溶胶的液池表面气泡破裂行为特性研究的实验装置，其特征是：包括预热水箱、加热水箱、气腔、闪蒸上升段、溢流水箱、回流水箱、超声波发生器，超声波发生器下方连接下降管，下降管伸入预热水箱里，预热水箱的底部连通蠕动泵，蠕动泵通过软管连通盘管，盘管设置在加热水箱里，加热水箱通过注水管道及阀门连通储水容器，盘管的出口连通闪蒸段入口，溢流水箱、闪蒸上升段以及气腔自上而下依次相连，溢流水箱固定于回流水箱里，闪蒸上升段固定于回流水箱下方，气腔上方的闪蒸上升段设置与闪蒸段入口相通的进口，气腔下方设置进气口，进气口连通注射泵，回流水箱的底面设置与预热水箱相通的小孔。
【技术特征摘要】
1.一种用于含气溶胶的液池表面气泡破裂行为特性研究的实验装置，其特征是：包括预热水箱、加热水箱、气腔、闪蒸上升段、溢流水箱、回流水箱、超声波发生器，超声波发生器下方连接下降管，下降管伸入预热水箱里，预热水箱的底部连通蠕动泵，蠕动泵通过软管连通盘管，盘管设置在加热水箱里，加热水箱通过注水管道及阀门连通储水容器，盘管的出口连通闪蒸段入口，溢流水箱、闪蒸上升段以及气腔自上而下依次相连，溢流水箱固定于回流水箱里，闪蒸上升段固定于回流水箱下方，气腔上方的闪蒸上升段设置与闪蒸段入口相通的进口，气腔下方设置进气口，进气口连通注射泵，回流水箱的底面设置与预热水箱相通的小孔。2.根据权利要求1所述的一种用于含气溶胶的液池表面气泡破裂行为特性研究的实验装置，其特征是：预热水箱里设置搅拌器，搅拌器的电机位于预热水箱外部，并配备专用台架；预热水箱连接第一PID温控系统；加热水箱下端通过疏水阀及管道连通第一疏水容器，加热水箱连接第二PID温控系统；气腔上方的闪蒸上升段通过疏水取样阀连通第二疏水容器。3.根据权利要求1或2所述的一种用于含气溶胶的液池表面气泡破裂行为特性研究的实验装置，其特征是：加热水箱里的水完全淹没盘管，盘管为紫铜管，且为螺旋形状。4.根据权利要求1或2所述的一种用于含气溶胶的液池表面气泡破裂行为特性研究的实验装置，其特征是：闪蒸上升段的左右两侧为钢板，前后两侧为中部为空心的钢板，空心部分安装透明的PC板；溢流水箱的主体结构为六面体钢架结构，其四个侧面均安装透明的PC板；回流水箱的主体结构为六面体钢架结构，其面对摄像机的一面及其对侧一面安装透明的PC板，对侧一面的后方设置背光源，回流水箱里的...
【专利技术属性】
技术研发人员：谷海峰，虞想，陈皞，尹威凯，魏严凇，陈林林，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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