一种用于液态金属两相流参数测量的实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于液态金属两相流参数测量的实验装置及方法，该实验装置包括液态金属储存罐、气体分布器、鼓泡池、电导探针系统、差压计及若干阀门管件；气源提供的气相通过鼓泡池底部的气体分布器注入鼓泡池中的液态金属形成两相系统，再通过差压计和电导探针分别测出两相系统的平均空泡份额和局部时均空泡份额，从两相系统中冒出的气相经气体过滤器净化后由排气阀排向大气；该装置具体用于测量不同气相表观流速下液态金属两相流动系统中平均空泡份额、空泡份额径向分布以及漂移参数；为开发和验证适用于液态金属的两相流计算模型提供实验数据的支撑；同时该装置可重复多次开展实验，增强了实验结果的可靠性。增强了实验结果的可靠性。增强了实验结果的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于液态金属两相流参数测量的实验装置及方法


[0001]本专利技术属于液态金属两相流动特性实验研究领域，具体涉及一种用于液态金属两相流参数测量的实验装置及方法。

技术介绍

[0002]自上世纪以来，液态金属冷却反应堆凭借其固有安全性好，热效率高以及在核燃料增殖和核废料嬗变方面的独特优势，被公认为是第四代反应堆中最有前景的堆型之一。随着液态金属冷却反应堆研究和设计工作的不断深入，液态金属冷却反应堆的安全评估工作变得越发必要。液态金属两相流动现象广泛存在于液态金属冷却反应堆安全分析工作中，例如蒸汽发生器传热管破裂事故、燃料包壳破损导致裂变气体释放事故以及覆盖气体卷吸现象等。当液态金属两相系统中的气相进入液态金属冷却反应堆的堆芯时，将触发各种瞬变，如空泡反应性引入事故、燃料包壳表面传热恶化等，因此研究液态金属两相流动特性对液态金属冷却反应堆安全分析十分必要。
[0003]在目前的安全分析工作中，由于现有公开的液态金属两相流实验相对较少，对液态金属两相系统的模拟沿用了之前气
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水两相流系统的大量研究经验。事实上液态金属和液态水的理化特性存在巨大差异，因此气
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水两相流系统的研究经验是否能直接套用到液态金属两相系统上仍存在疑问。因此需要对液态金属两相流系统开展实验研究，为液态金属冷却反应堆的设计和安全分析提供理论模型上的支撑。对于上述研究现状，现有液态金属两相系统研究大部分基于回路式实验装置开展，研究重点主要集中于气相对液态金属回路自然循环能力的影响。上述方法中，由于大部分基于回路式实验装置开展，对于池式系统的研究较少；回路式实验系统需要较多的辅助支持系统，实验成本高昂；回路式系统大多从工程验证性实验目的出发，因此机理性较弱，限制了对液态金属两相流动机理的研究。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于液态金属两相流参数测量的实验装置及方法，该实验装置适用于不同形状池式流动通道中液态金属两相流参数的测量。可以有效地测出不同气相表观流速下液态金属流动系统中平均空泡份额、局部时均空泡份额，为开发和改进液态金属两相流计算模型提供实验数据的支撑，同时也可为数值模拟程序的验证提供参考。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种用于液态金属两相流参数测量的实验装置，包括液态金属储存系统1、气体分布器2、鼓泡池3、电导探针系统4以及差压计5，其中鼓泡池3上开有测量孔，用于安插差压计5的引压管和电导探针系统4的电导探针，鼓泡池3下方管嘴和液态金属储存系统1连接，鼓泡池3下端和气体分布器2上端固连；
[0007]所述液态金属储存系统1用于向鼓泡池3供给/回收液态金属工质；所述气体分布器2用于将气相注入鼓泡池3的液态金属中；所述鼓泡池3用于形成液态金属两相流系统；所
述电导探针系统4用于测量液态金属两相流系统中空泡份额横向分布；所述差压计5用于测量液态金属两相流系统的重力压降。
[0008]所述液态金属储存系统1包括由耐高温高压金属材料制成的液态金属储存罐1
‑
1、设置在液态金属储存罐1
‑
1外部具有加热和保温功能的储存罐电伴热保温棉1
‑
2、用于向覆盖气体加压的加压管线1
‑
3、用于监测容器压力的压力表1
‑
4、排气/泄压管线1
‑
5、液态金属供给/回收管线1
‑
6以及液态金属储存罐1
‑
1中贮存的液态金属1
‑
7；其中液态金属1
‑
7的液面始终保持在气体分布器2底部以下，加压管线1
‑
3的上部和高压气源相连，下部保持在液态金属1
‑
7液面之上，加压管线1
‑
3上装有调节阀；排气/泄压管线1
‑
5的上部与大气相连，下部保持在液态金属液面之上，排气/泄压管线1
‑
5上装有闸阀和气体过滤器，且气体过滤器在闸阀下方；压力表1
‑
4的引压管连接于排气/泄压管线1
‑
5的闸阀和气体过滤器之间；液态金属供给/回收管线1
‑
6上部和鼓泡池3相连，下部伸入液态金属液面之下，液态金属供给/回收管线上装有闸阀控制管线开闭。
[0009]所述气体分布器2由耐高温高压的金属材料制成，气体分布器2包括注气管线2
‑
1，气腔2
‑
2和气针2
‑
3；其中注气管线2
‑
1上装有气体流量调节阀和气体流量计，气体流量计布置在气体流量调节阀的上游，注气管线2
‑
1一端与气源相连，另一端与气腔2
‑
2相连；气腔2
‑
2顶盖上安插有若干气针2
‑
3，气针底端位于气腔中，顶端伸入鼓泡池3中的鼓泡池液态金属3
‑
7里；气针2
‑
3的内径不超过3mm，气针2
‑
3深入鼓泡池液态金属3
‑
7的深度不小于30mm。
[0010]所述鼓泡池3包括耐高温高压的金属容器3
‑
1、设置在金属容器3
‑
1外部具有加热和保温功能的金属容器电伴热保温棉3
‑
3、用于监测金属容器压力的压力表3
‑
4、排气管线3
‑
5、液态金属加注/回收管嘴3
‑
6和鼓泡池液态金属3
‑
7；其中金属容器3
‑
1上开有供电导探针4
‑
1插入的电导测量孔洞3
‑
2和供差压计5两个引压管插入的差压测量孔洞3
‑
8，电导测量孔洞3
‑
2中填有柔性密封填料，供电导探针4
‑
1实现横向抽/插移动；排气管线3
‑
5上装有气体过滤器和调节阀，且气体过滤器在调节阀下方，排气管线3
‑
5的上部与大气相连，下部连通金属容器3
‑
1中覆盖气体区；压力表3
‑
4的引压管连接于排气管线3
‑
5的调节阀和气体过滤器之间；液态金属加注/回收管嘴3
‑
6的位置在气针2
‑
3顶部以下，且低于气针2
‑
3顶部不小于20mm。
[0011]所述电导探针系统4包括电导探针4
‑
1、电压采集卡4
‑
2、保护电阻4
‑
3、直流电源4
‑
4以及与电压采集卡4
‑
2相连的计算机4
‑
5；其中电导探针4
‑
1包括金属电极针4
‑1‑
1、耐高温绝缘基体4
‑1‑
2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于液态金属两相流参数测量的实验装置，其特征在于：包括液态金属储存系统(1)、气体分布器(2)、鼓泡池(3)、电导探针系统(4)以及差压计(5)，其中鼓泡池(3)上开有测量孔，用于安插差压计(5)的引压管和电导探针系统(4)的电导探针，鼓泡池(3)下方管嘴和液态金属储存系统(1)连接，鼓泡池(3)下端和气体分布器(2)上端固连；所述液态金属储存系统(1)用于向鼓泡池(3)供给/回收液态金属工质；所述气体分布器(2)用于将气相注入鼓泡池(3)的液态金属中；所述鼓泡池(3)用于形成液态金属两相流系统；所述电导探针系统(4)用于测量液态金属两相流系统中空泡份额横向分布；所述差压计(5)用于测量液态金属两相流系统的重力压降。2.根据权利要求1所述的一种用于液态金属两相流参数测量的实验装置，其特征在于：所述液态金属储存系统(1)包括由耐高温高压金属材料制成的液态金属储存罐(1
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1)、设置在液态金属储存罐(1
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1)外部具有加热和保温功能的储存罐电伴热保温棉(1
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2)、用于向覆盖气体加压的加压管线(1
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3)、用于监测容器压力的压力表(1
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4)、排气/泄压管线(1
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5)、液态金属供给/回收管线(1
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6)以及液态金属储存罐(1
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1)中贮存的液态金属(1
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7)；其中液态金属(1
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7)的液面始终保持在气体分布器(2)底部以下，加压管线(1
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3)的上部和高压气源相连，下部保持在液态金属(1
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7)液面之上，加压管线(1
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3)上装有调节阀；排气/泄压管线(1
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5)的上部与大气相连，下部保持在液态金属液面之上，排气/泄压管线(1
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5)上装有闸阀和气体过滤器，且气体过滤器在闸阀下方；压力表(1
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4)的引压管连接于排气/泄压管线(1
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5)的闸阀和气体过滤器之间；液态金属供给/回收管线(1
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6)上部和鼓泡池(3)相连，下部伸入液态金属液面之下，液态金属供给/回收管线上装有闸阀控制管线开闭。3.根据权利要求1所述的一种用于液态金属两相流参数测量的实验装置，其特征在于：所述气体分布器(2)由耐高温高压的金属材料制成，气体分布器(2)包括注气管线(2
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1)，气腔(2
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2)和气针(2
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3)；其中注气管线(2
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1)上装有气体流量调节阀和气体流量计，气体流量计布置在气体流量调节阀的上游，注气管线(2
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1)一端与气源相连，另一端与气腔(2
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2)相连；气腔(2
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2)顶盖上安插有若干气针(2
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3)，气针底端位于气腔中，顶端伸入鼓泡池(3)中的鼓泡池液态金属(3
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7)里；气针(2
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3)的内径不超过3mm，气针(2
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3)深入鼓泡池液态金属(3
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7)的深度不小于30mm。4.根据权利要求1所述的一种用于液态金属两相流参数测量的实验装置，其特征在于：所述鼓泡池(3)包括耐高温高压的金属容器(3
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1)、设置在金属容器(3
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1)外部具有加热和保温功能的金属容器电伴热保温棉(3
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3)、用于监测金属容器压力的压力表(3
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4)、排气管线(3
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5)、液态金属加注/回收管嘴(3
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6)和鼓泡池液态金属(3
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7)；其中金属容器(3
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1)上开有供电导探针(4
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1)插入的电导测量孔洞(3
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2)和供差压计(5)两个引压管插入的差压测量孔洞(3
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8)，电导测量孔洞(3
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2)中填有柔性密封填料，供电导探针(4
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1)实现横向抽/插移动；排气管线(3
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5)上装有气体过滤器和调节阀，且气体过滤器在调节阀下方，排气管线(3
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5)的上部与大气相连，下部连通金属容器(3
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1)中覆盖气体区；压力表(3
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4)的引压管连接于排气管线(3
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5)的调节阀和气体过滤器之间；液态金属加注/回收管嘴(3
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6)的位置在气针(2
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3)顶部以下，且低于气针(2
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3)顶部不小于20mm。5.根据权利要求1所述的一种用于液态金属两相流参数测量的实验装置，其特征在于：所述电导探针系统(4)包括电导探针(4
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1)、电压采集卡(4
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2)、保护电阻(4
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3)、直流电源(4
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4)以及与电压采集卡(4
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2)相连的计算机(4
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5)；其中电导探针(4
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1)包括金属电极针
(4
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1)、耐高温绝缘基体(4
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【专利技术属性】
技术研发人员：张大林，陈宇彤，王成龙，田文喜，苏光辉，秋穗正，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：