高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置及反演方法制造方法及图纸

一种高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置及反演方法，属于高温材料热物性参数测量技术领域。本发明专利技术针对现有对高温液态熔盐的热辐射热物性及导热热物性参数需分开测量，导致结果误差叠加的问题。装置中：多个液态熔盐封装单元沿圆周方向均匀设置在旋转支架上；旋转支架通过旋转使多个液态熔盐封装单元依次处于激光加热器正上方，激光加热器通过电光调制器调制后产生多个由不同波形、强度与频率组合的脉冲激光热流对液态熔盐封装单元进行加热；非接触式温度探测器用于采集液态熔盐封装单元的背景辐射信号和每一次脉冲激光热流加热下的红外辐射信号。本发明专利技术用于高温液态熔盐的热物性参数测量。盐的热物性参数测量。盐的热物性参数测量。

【技术实现步骤摘要】
高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置及反演方法


[0001]本专利技术涉及高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置及反演方法，属于高温材料热物性参数测量


技术介绍

[0002]高效储热技术是一种战略性能源技术。高温熔盐由于具有优异的热物理化学性质、工作温度范围宽、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传热蓄热介质，已经被广泛运用于第四代核反应堆及太阳能高温储能装置中。第四代核反应堆发展计划中也将高温熔盐堆作为重点发展堆型。
[0003]高温液态熔盐热辐射及导热热物性制约着系统的传热储热性能，直接关系到热工系统的性能优化和安全设计。热辐射及导热热物性不仅是热能储存转化关键参数，更是新型储热材料开发核心指标，但目前相关数据稀缺，还没有公开报道的高温熔盐相关标准的热物性数据库。
[0004]现阶段高温液态熔盐的热物性参数测量方案中，无法做到热辐射热物性及导热热物性联合测量，而分开测量导致误差叠加。一方面由于高温熔盐是半透明液体，高温时辐射效应增强，由半透明特性导致存在辐射导热耦合效应，无法拆分；另一方面由于其液态特性又存在对流、蒸发、辐射特性测量时红外窗片受限等约束。因此，目前的分开测量方式导致高温液态熔盐热辐射及导热热物性测量结果准确性差，难以满足使用需求。

技术实现思路

[0005]针对现有对高温液态熔盐的热辐射热物性及导热热物性参数需分开测量，导致结果误差叠加的问题，本专利技术提供一种高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置及反演方法。
[0006]本专利技术的一种高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置，包括多个液态熔盐封装单元、旋转支架、电光调制器、激光加热器和非接触式温度探测器，
[0007]液态熔盐封装单元包括底面具有气孔的容器底座，每个容器底座内表面具有耐腐蚀涂层，不同容器底座的耐腐蚀涂层具有不同的表面反射率；
[0008]多个液态熔盐封装单元沿圆周方向均匀设置在旋转支架上；旋转支架通过旋转使多个液态熔盐封装单元依次处于激光加热器正上方，激光加热器通过电光调制器调制后产生多个由不同波形、强度与频率组合的脉冲激光热流对液态熔盐封装单元进行加热；
[0009]非接触式温度探测器用于采集液态熔盐封装单元的背景辐射信号和每一次脉冲激光热流加热下的红外辐射信号。
[0010]根据本专利技术的高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置，每个液态熔盐封装单元还包括坩埚上端盖、滚珠丝杠和温控箱，
[0011]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，坩埚上端盖的圆
筒侧壁与容器底座的上边沿配合形成容器底座与坩埚上端盖之间的液态熔盐封装区；
[0012]坩埚上端盖具有水平方向延伸的连接臂，连接臂与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠设置在旋转支架上；滚珠丝杠经丝杠驱动电机驱动后，带动坩埚上端盖在容器底座内上下移动；
[0013]容器底座放置于温控箱内，温控箱具有环形加热器。
[0014]根据本专利技术的高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置，容器底座的外底面设置石墨涂层。
[0015]根据本专利技术的高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置，还包括变焦距透镜，变焦距透镜设置于非接触式温度探测器与液态熔盐封装单元之间，用于调整非接触式温度探测器的视场范围。
[0016]根据本专利技术的高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置，坩埚上端盖的筒底位于变焦距透镜焦点处。
[0017]根据本专利技术的高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置，还包括傅里叶变换红外光谱仪和计算机，
[0018]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的热辐射参数和导热系数。
[0019]根据本专利技术的高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置，旋转支架的转轴通过支架驱动电机驱动旋转，带动液态熔盐封装单元进行位置变换。
[0020]本专利技术还提供了一种高温液态熔盐热辐射及导热参数联合反演方法，基于所述高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置实现，包括：
[0021]首先：对每个液态熔盐封装单元分别进行步骤一至步骤四的测量：
[0022]步骤一：在液态熔盐封装单元的液态熔盐封装区内部放置高温液态熔盐样品，通过滚珠丝杠的调整使高温液态熔盐样品厚度为当前预设厚度；
[0023]步骤二：采用环形加热器将高温液态熔盐样品加热至目标温度；
[0024]步骤三：采用非接触式温度探测器探测液态熔盐封装单元的背景辐射信号；
[0025]步骤四：采用电光调制器对激光加热器进行调制，使激光加热器输出当前预设波形、强度与频率组合下的脉冲激光热流，并采用非接触式温度探测器采集对应的红外辐射信号；步骤四重复预设次数，每一次的脉冲激光热流均不相同；然后返回步骤一，直到完成预设厚度变换次数的测量；
[0026]然后执行步骤五：
[0027]步骤五：采用傅里叶变换红外光谱仪对非接触式温度探测器采集的所有辐射信号进行傅里叶变换；
[0028]将脉冲激光热流记为q、高温液态熔盐样品厚度记为l、耐腐蚀涂层的表面反射率记为R；
[0029]采用计算机根据每一次测量时的脉冲激光热流q、高温液态熔盐样品厚度l和耐腐蚀涂层的表面反射率R与熔盐上表面时变温度T的对应关系建立瞬态热响应映射关系立方体；熔盐上表面时变温度T由步骤四中采集的红外辐射信号与步骤三采集的背景辐射信号的差值进行傅里叶变换获得；
[0030]在瞬态热响应映射关系立方体中选择热辐射敏感的热辐射单传热模式尖峰区间对应的选定个数熔盐上表面时变温度T，作为计算热辐射参数的折射率n及消光系数κ
a
的第
一组反演样本数据，同时计算导热系数λ；再由瞬态热响应映射关系立方体中选择对厚度敏感的热辐射加导热双传热模式平缓上升区间对应的选定个数熔盐上表面时变温度T，作为计算导热系数λ的第二组反演样本数据，同时计算折射率n及消光系数κ
a
；
[0031]由两组反演样本数据计算的结果互相修正，最终确定高温液态熔盐样品的折射率n、消光系数κ
a
和导热系数λ。
[0032]根据本专利技术的高温液态熔盐热辐射及导热参数联合反演方法，所述热辐射单传热模式尖峰区间为从当前脉冲激光热流激励作用开始至熔盐上表面时变温度T上升到尖峰值后下降直到再次开始上升的临界点形成的时间区间；
[0033]热辐射加导热双传热模式平缓上升区间为熔盐上表面时变温度T从所述临界点到上升到第二次温度最高点时形成的时间区间。
[0034]根据本专利技术的高温液态熔盐热辐射及导热参数联合反演方法，步骤五中采用选定的反演样本数据进行反演计算，获得高温液态熔盐样品的折射率n、消光系数κ
a
和导热系数λ方法为：
[0035]建立一维非稳态耦合传热正问题模型如下：<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辐射及导热参数联合测量装置，其特征在于包括多个液态熔盐封装单元(100)、旋转支架(200)、电光调制器(300)、激光加热器(400)和非接触式温度探测器(500)，液态熔盐封装单元(100)包括底面具有气孔的容器底座(110)，每个容器底座(110)内表面具有耐腐蚀涂层(120)，不同容器底座(110)的耐腐蚀涂层(120)具有不同的表面反射率；多个液态熔盐封装单元(100)沿圆周方向均匀设置在旋转支架(200)上；旋转支架(200)通过旋转使多个液态熔盐封装单元(100)依次处于激光加热器(400)正上方，激光加热器(400)通过电光调制器(300)调制后产生多个由不同波形、强度与频率组合的脉冲激光热流对液态熔盐封装单元(100)进行加热；非接触式温度探测器(500)用于采集液态熔盐封装单元(100)的背景辐射信号和每一次脉冲激光热流加热下的红外辐射信号。2.根据权利要求1所述的高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置，其特征在于，每个液态熔盐封装单元(100)还包括坩埚上端盖(130)、滚珠丝杠(140)和温控箱(150)，容器底座(110)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(130)为具有筒底的圆筒状上端盖；坩埚上端盖(130)经由上边沿嵌入到容器底座(110)的腔体内，坩埚上端盖(130)的圆筒侧壁与容器底座(110)的上边沿配合形成容器底座(110)与坩埚上端盖(130)之间的液态熔盐封装区；坩埚上端盖(130)具有水平方向延伸的连接臂(131)，连接臂(131)与滚珠丝杠(140)连接，滚珠丝杠(140)设置在旋转支架(200)上；滚珠丝杠(140)经丝杠驱动电机驱动后，带动坩埚上端盖(130)在容器底座(110)内上下移动；容器底座(110)放置于温控箱(150)内，温控箱(150)具有环形加热器(151)。3.根据权利要求2所述的高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置，其特征在于，容器底座(110)的外底面设置石墨涂层(111)。4.根据权利要求3所述的高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置，其特征在于，还包括变焦距透镜(600)，变焦距透镜(600)设置于非接触式温度探测器(500)与液态熔盐封装单元(100)之间，用于调整非接触式温度探测器(500)的视场范围。5.根据权利要求4所述的高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置，其特征在于，坩埚上端盖(130)的筒底位于变焦距透镜(600)焦点处。6.根据权利要求5所述的高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置，其特征在于，还包括傅里叶变换红外光谱仪(700)和计算机(800)，傅里叶变换红外光谱仪(700)用于对非接触式温度探测器(500)采集的信号进行傅里叶变换，变换结果经计算机(800)计算获得高温液态熔盐的热辐射参数和导热系数。7.根据权利要求6所述的高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置，其特征在于，旋转支架(200)的转轴通过支架驱动电机驱动旋转，带动液态熔盐封装单元(100)进行位置变换。8.一种高温液态熔盐热辐射及导热参数联合反演方法，基于权利要求7所述高温液态熔盐热辐射及导热参数联合测量装置实现，其特征在于包括：首先：对每个液态熔盐封装单元(100)分别进行步骤一至步骤四的测量：
步骤一：在液态熔盐封装单元(100)的液态熔盐封装区内部放置高温液态熔盐样品，通过滚珠丝杠(140)的调整使高温液态熔盐样品厚度为当前预设厚度；步骤二：采用环形加热器(151)将高温液态熔盐样品加热至目标温度；步骤三：采用非接触式温度探测器(500)探测液态熔盐封装单元(100)的背景辐射信号；步骤四：采...

【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：