高温液态熔盐热物性参数测量装置及参数反演方法制造方法及图纸

一种高温液态熔盐热物性参数测量装置及参数反演方法，属于高温材料热物性测量技术领域。本发明专利技术针对高温液态熔盐热物性参数的现有测量方法测量结果准确性差的问题。装置包括液态熔盐封装容器：它包括底面具有气孔的容器底座、坩埚上端盖、滚珠丝杠和驱动电机，容器底座为圆柱形腔体，并且上端口具有向内延伸的上边沿；坩埚上端盖为具有筒底的圆筒状上端盖；坩埚上端盖经由上边沿嵌入到容器底座的腔体内，并且坩埚上端盖的圆筒侧壁与上边沿相配合形成容器底座与坩埚上端盖之间的液态熔盐封装区；所述坩埚上端盖通过连接臂与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠经驱动电机驱动后，使连接臂带动坩埚上端盖上下移动。本发明专利技术实现了高温熔盐热物性的准确测量。物性的准确测量。物性的准确测量。

【技术实现步骤摘要】
高温液态熔盐热物性参数测量装置及参数反演方法


[0001]本专利技术涉及高温液态熔盐热物性参数测量装置及参数反演方法，属于高温材料热物性测量


技术介绍

[0002]高效储热技术是一种可持续发展的战略性能源技术。熔盐由于粘度低、工作温度范围宽(400～1200K)、传热性能好、蓄热能力强等一系列优点成为当前最具潜力的高温传热蓄热介质。熔盐由于具有优异的热物理化学性质，而成为核反应堆传热介质的理想选择，并且熔盐反应器(MSRs)已成为第四代核反应器发展的重点。
[0003]准确可靠的熔盐热物性数据是实现热能储存与转化装置优化设计的关键参数，也是先进堆装置、热工系统安全设计的前提，更是新型宽温域储热材料开发的核心指标。目前，还没有公开报道高温熔盐相关标准的热物性数据库。而现阶段高温液态熔盐的热物性参数测量方法手段相对落后，测量结果准确性差，难以满足使用需求。

技术实现思路

[0004]针对高温液态熔盐热物性参数的现有测量方法测量结果准确性差的问题，本专利技术提供一种高温液态熔盐热物性参数测量装置及参数反演方法。
[0005]本专利技术的一种高温液态熔盐热物性参数测量装置，包括液态熔盐封装容器；
[0006]所述液态熔盐封装容器包括底面具有气孔的容器底座、坩埚上端盖、滚珠丝杠和驱动电机，
[0007]所述容器底座为圆柱形腔体，并且上端口具有向内延伸的上边沿；坩埚上端盖为具有筒底的圆筒状上端盖；坩埚上端盖经由上边沿嵌入到容器底座的腔体内，并且坩埚上端盖的圆筒侧壁与上边沿相配合形成容器底座与坩埚上端盖之间的液态熔盐封装区；
[0008]所述坩埚上端盖通过连接臂与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠经驱动电机驱动后，使连接臂带动坩埚上端盖上下移动。
[0009]根据本专利技术的高温液态熔盐热物性参数测量装置，所述坩埚上端盖的高度高于容器底座的高度。
[0010]根据本专利技术的高温液态熔盐热物性参数测量装置，还包括温控箱，所述液态熔盐封装容器置于温控箱内。
[0011]根据本专利技术的高温液态熔盐热物性参数测量装置，所述容器底座的外表面设置石墨涂层。
[0012]根据本专利技术的高温液态熔盐热物性参数测量装置，还包括变焦距透镜、非接触式温度探测器和波形可调节的激光加热器，
[0013]激光加热器设置于液态熔盐封装容器的正下方，并用于产生多个不同波形短时脉冲激光热流；非接触式温度探测器设置于液态熔盐封装容器的正上方，变焦距透镜处于液态熔盐封装容器与非接触式温度探测器之间，变焦距透镜用于调整非接触式温度探测器的
视场范围；非接触式温度探测器用于采集液态熔盐封装容器的背景辐射信号和不同波形短时脉冲激光热流对应的红外辐射信号。
[0014]根据本专利技术的高温液态熔盐热物性参数测量装置，还包括傅里叶变换红外光谱仪和计算机，
[0015]所述傅里叶变换红外光谱仪用于对非接触式温度探测器采集的信号进行傅里叶变换，变换结果经计算机计算获得高温液态熔盐热物性参数测量结果。
[0016]根据本专利技术的高温液态熔盐热物性参数测量装置，所述坩埚上端盖的筒底位于变焦距透镜的焦点处。
[0017]本专利技术还提供了一种高温液态熔盐热物性参数反演方法，基本所述高温液态熔盐热物性参数测量装置实现，包括：
[0018]步骤一：在液态熔盐封装容器内部装入高温液态熔盐样品，并调整样品厚度；
[0019]步骤二：采用温控箱对液态熔盐封装容器加热至目标温度；
[0020]步骤三：采用非接触式温度探测器探测目标温度下液态熔盐封装容器的背景辐射信号；
[0021]步骤四：采用波形可调节的激光加热器依次产生不同波形的短时脉冲激光热流，并且非接触式温度探测器对应采集不同波形的短时脉冲激光热流下的液态熔盐封装容器的红外辐射信号；
[0022]步骤五：傅里叶变换红外光谱仪对非接触式温度探测器采集的辐射信号进行傅里叶变换，变换结果经计算机计算获得高温液态熔盐热物性参数测量结果。
[0023]根据本专利技术的高温液态熔盐热物性参数反演方法，所述计算机计算获得高温液态熔盐热物性参数测量结果包括：
[0024]获得高温液态熔盐的导热系数λ：
[0025]建立一维非稳态耦合传热正问题模型如下：
[0026][0027]式中ρ为熔盐密度，C
p
为熔盐定压比热容，T为熔盐上表面时变温度，由非接触式温度探测器在激光加热器加热条件下获得的红外辐射信号与所述背景辐射信号的差值经傅里叶变换红外光谱仪转换获得；x为光学坐标，t为测量时间，为辐射源项，Q为熔盐封装容器内底部熔盐吸收的能量，d为容器底座直径，P(t)为随时间变化的脉冲激光函数，ε为材料表面发射率，T0为温控箱内的目标温度，σ为斯特芬
‑
玻尔兹曼常数；l为熔盐样品厚度；
[0028]对上式求解，获得导热系数λ。
[0029]根据本专利技术的高温液态熔盐热物性参数反演方法，所述计算机计算获得高温液态熔盐热物性参数测量结果还包括：
[0030]根据的表达式：
[0031][0032]式中κ
a
为液态熔盐的吸收系数，I为辐射强度，μ为辐射传输方向角θ对应的余弦，n为液态熔盐折射率；
[0033]由辐射传输方程描述熔盐容积热辐射传输为：
[0034][0035]其中μ＝cosθ；
[0036]边界辐射强度为：
[0037][0038]式中ε
w
为液态熔盐封装容器内表面发射率，n
w
为液态熔盐封装容器壁面外法向矢量，s
m
′
为方向m
′
上的单位方向向量，s
m
为除方向m
′
以外其他方向上的单位方向向量，辐射传输方向角θ为n
w
与s
m
′
的夹角，w
m
′
为液态熔盐封装容器内壁面在方向m
′
上的权重；
[0039]对上述表达式联立求解获得液态熔盐折射率n和液态熔盐的吸收系数κ
a
。
[0040]本专利技术的有益效果：本专利技术的高温液态熔盐热物性参数测量装置可获得熔盐多厚度
‑
宽温域温度响应时频图谱，再结合高温液态半透明熔盐中容积辐射作用，可实现导热系数、辐射物性参数的多参数联合反演，进而实现高温材料热物性的准确测量。
[0041]本专利技术可同时实现对高温液态熔盐辐射物性及导热系数的联合测量，测量结果精度高，可为实现热能储存与转化提供准确的依据。
[0042]本专利技术方法在参数反演的过程中消除了背景辐射的干扰，因此无需真空腔体装置即可达到很好的熔盐上表面温升测量效果，测量成本低。
[0043]本专利技术方法突破了现有热扩散型测量方法无法实现半透明熔盐本征导热系数准确测量的技术瓶颈，对高效传/蓄热、先进熔盐堆等技术发展具有重要意义和支撑价值。
附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温液态熔盐热物性参数测量装置，其特征在于包括液态熔盐封装容器；所述液态熔盐封装容器包括底面具有气孔的容器底座(1)、坩埚上端盖(2)、滚珠丝杠(3)和驱动电机(4)，所述容器底座(1)为圆柱形腔体，并且上端口具有向内延伸的上边沿；坩埚上端盖(2)为具有筒底的圆筒状上端盖；坩埚上端盖(2)经由上边沿嵌入到容器底座(1)的腔体内，并且坩埚上端盖(2)的圆筒侧壁与上边沿相配合形成容器底座(1)与坩埚上端盖(2)之间的液态熔盐封装区；所述坩埚上端盖(2)通过连接臂(5)与滚珠丝杠(3)连接，滚珠丝杠(3)经驱动电机(4)驱动后，使连接臂(5)带动坩埚上端盖(2)上下移动。2.根据权利要求1所述的高温液态熔盐热物性参数测量装置，其特征在于，所述坩埚上端盖(2)的高度高于容器底座(1)的高度。3.根据权利要求2所述的高温液态熔盐热物性参数测量装置，其特征在于还包括温控箱(6)，所述液态熔盐封装容器置于温控箱(6)内。4.根据权利要求3所述的高温液态熔盐热物性参数测量装置，其特征在于，所述容器底座(1)的外表面设置石墨涂层(7)。5.根据权利要求4所述的高温液态熔盐热物性参数测量装置，其特征在于还包括变焦距透镜(8)、非接触式温度探测器(9)和波形可调节的激光加热器(10)，激光加热器(10)设置于液态熔盐封装容器的正下方，并用于产生多个不同波形短时脉冲激光热流；非接触式温度探测器(9)设置于液态熔盐封装容器的正上方，变焦距透镜(8)处于液态熔盐封装容器与非接触式温度探测器(9)之间，变焦距透镜(8)用于调整非接触式温度探测器(9)的视场范围；非接触式温度探测器(9)用于采集液态熔盐封装容器的背景辐射信号和不同波形短时脉冲激光热流对应的红外辐射信号。6.根据权利要求5所述的高温液态熔盐热物性参数测量装置，其特征在于还包括傅里叶变换红外光谱仪(11)和计算机(12)，所述傅里叶变换红外光谱仪(11)用于对非接触式温度探测器(9)采集的信号进行傅里叶变换，变换结果经计算机(12)计算获得高温液态熔盐热物性参数测量结果。7.根据权利要求6所述的高温液态熔盐热物性参数测量装置，其特征在于，所述坩埚上端盖(2)的筒底位于变焦距透镜(8)的焦点处。8.一种高温液态熔盐热物性参数反演方法，基本权利要求7所述高温液态熔盐热物性参数测量装置实现，其特征在于包括：步骤一：在液态熔盐封装容器内部装入高温液态熔盐样品，并调整样品厚度；步骤二：采用温控箱(6)对液态熔盐封装容器加热至目标温度；步骤三：采用非接触式温度探测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：帅永，周思宏，郭延铭，张勇，董士奎，齐宏，赵军明，艾青，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：