本发明专利技术涉及聚变反应堆热工水力测量技术领域，具体公开了聚变堆包层球床高温气体流阻特性测量装置及测试方法，聚变堆包层球床高温气体流阻特性测量装置，包括球床实验段和测量单元，球床实验段的进气端通过第一连接管与进气系统连接，所述球床实验段内沿着气体流动方向设置有多个球床测温点；测量单元包括引压管、温压三通、热电偶和压差传感器；温压三通的三个端口分别与引压管、热电偶和压差传感器的低压侧连接，引压管远离温压三通的一端设置在球床测温点处，所述引压管与球床测温点一一对应，所述压差传感器的高压侧与第一连接管的进气端连接。本发明专利技术不仅能够测量球床沿程压降，且能避免引压管数量过多对球床颗粒堆积结构的影响。的影响。的影响。
【技术实现步骤摘要】
聚变堆包层球床高温气体流阻特性测量装置及测试方法
[0001]本专利技术涉及聚变反应堆热工水力测量
，具体涉及聚变堆包层球床高温气体流阻特性测量装置及测试方法。
技术介绍
[0002]磁约束核聚变能是目前最有希望解决世界能源问题的清洁能源。在氘氚（D
‑
T）磁约束核聚变中主要通过燃料氘和氚发生聚变反应产生巨大能量。氘在自然界中的储量非常丰富，但氚在自然界中几乎不存在，需要通过聚变反应堆自己生产氚来实现燃料氚的自持。在聚变堆中包层是实现增殖产氚功能的核心部件，而包层能否实现高效地氚增殖和能量提取是磁约束聚变能源能否走向商业利用的关键。而在聚变堆固态包层中，主要通过氚增殖剂球床实现产氚，通过流经球床的载带气体吹扫产生的氚，并送入后续的提氚系统处理。因此，包层球床内高温载带气体的流阻特性是产氚包层系统和提氚系统设计优化的重要输入参数，获得准确可靠的流阻对聚变堆包层设计优化具有重要作用。
[0003]聚变堆包层内部填充的陶瓷氚增殖剂和中子倍增剂均采用球形或近球形颗粒，它们堆积在包层腔体内部形成稳定堆积球床。提氚气体通过吹扫球床区域将增殖反应产生的氚载带出包层做进一步的处理。在正常工况下，球床区域的温度最高可达到900℃，球床入口压力在0.1~0.5 MPa，颗粒粒径在0.5~3 mm左右。
[0004]目前为支持中国氦冷固态陶瓷增殖剂球床实验包层的研发开展了固态包层球床内气体流阻压降的研究。用于研究装置主要包括实验段，实验段内形成稳定堆积球床，实验段的两端分别为进气口和出气口，现有的研究装置通常只能测量球床的压降，无法测量球床沿程压降，而且难以实现恒温控制。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供聚变堆包层球床高温气体流阻特性测量装置及测试方法，不仅能够测量球床沿程压降，且能避免引压管数量过多对球床颗粒堆积结构的影响。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：聚变堆包层球床高温气体流阻特性测量装置，包括球床实验段和测量单元，所述球床实验段的进气端通过第一连接管与进气系统连接，所述球床实验段内沿着气体流动方向设置有多个球床测温点；所述测量单元包括引压管、温压三通、热电偶和压差传感器；所述温压三通的三个端口分别与引压管、热电偶和压差传感器的低压侧连接，所述引压管远离温压三通的一端设置在球床测温点处，所述引压管与球床测温点一一对应，所述压差传感器的高压侧与第一连接管的进气端连接。
[0007]本专利技术通过在多个球床测温点，并通过设计的测量单元实现了所述球床测温点即可作为球床实验段的温度测量点，也可以作为压降测量点。
[0008]为了实现测量球床沿程压降，则需要在球床实验段布置多个测量点，同时，由于球
床实验段内需要多个温度测量点，如果是将温度测量点和压降测量点分开设置，会导致插入球床实验段的测量管（引压管）数量过多，会对球床颗粒堆积结构造成影响，会产生颗粒堆积壁面效应和壁面漏流，会对压降测量产生影响。
[0009]本专利技术的测量单元通过温压三通连接引压管、热电偶和压差传感器的低压侧，使压差传感器和热电偶共用温压三通并通过引压管伸入球床实验段内部，消除了颗粒堆积壁面效应和壁面漏流对压降测量的影响。
[0010]综上，本专利技术不仅能够测量球床沿程压降，且能避免引压管数量过多对球床颗粒堆积结构的影响。
[0011]进一步地，引压管包括第一引压支管和第二引压支管；所述温压三通的三个端口分别与第一引压支管、第二引压支管和热电偶连接；所述第一引压支管远离温压三通的一端设置在球床测温点处；所述第二引压支管上设置有电磁截止阀；所述压差传感器的低压侧通过四通连接管与各个第二引压支管连接。
[0012]本专利技术通过在第二引压支管上设置有电磁截止阀，且压差传感器的低压侧通过四通连接管与各个第二引压支管连接，能够实现一个压差传感器就能实现所有球床测温点的压降测量，当需要测量某个球床测温点的压降时，开启对应第二引压支管上设置有电磁截止阀即可，当需要测量所有球床测温点的压降时，逐个开启对应第二引压支管上设置有电磁截止阀，即压差传感器一次测量一个球床测温点的压降，逐个开启第二引压支管上设置有电磁截止阀测量对应球床测温点的压降。
[0013]进一步地，包括多个不同量程的压差传感器，各个压差传感器的高压侧均与第一连接管的进气端连接，各个压差传感器的低压侧分别通过一个四通连接管与各个第二引压支管连接。
[0014]多个不同量程的压差传感器同时测量结果互相校验。
[0015]进一步地，球床实验段的进气端和出气端分别设置有第一法兰和第二法兰，所述第一法兰和第二法兰分别用于与第一连接管和第二连接管连接，所述第二连接管用于排气或与真空系统连接；还包括管式高温炉，所述球床实验段、第一法兰和第二法兰均置于管式高温炉内。
[0016]上述设置相比直接在球床实验段外壁缠绕加热带，是将球床实验段和两端的第一法兰和第二法兰整体放入管式高温炉内，实现测量气体在进入球床实验段前提前加热、在球床实验段中保持恒温，离开球床实验段后继续保温一段距离，确保球床实验段内部温度的稳定。
[0017]进一步地，第一法兰和第二法兰均采用漏斗状变径法兰。
[0018]漏斗状变径法兰的形状为漏斗状，可以消除气体流动进出球床实验段的流量分布不均匀端面效应，确保测量气体速度和压力均匀地进出球床实验段。
[0019]进一步地，球床实验段的进气端和出气端分别设置有第一温度变送器和第二温度变送器；所述球床实验段的进气端还设置有压力传感器。
[0020]进一步地，球床实验段的进气端和出气端与外部部件连接处设置有金属滤芯和紧固螺母；所述金属滤芯包括内层滤芯和外层滤芯，所述内层滤芯的网孔尺寸小于球床实验段内填充球的直径，所述外层滤芯的网孔尺寸大于球床实验段内填充球的直径；
所述紧固螺母用于固定金属滤芯。
[0021]本专利技术通过在球床实验段的进气端和出气端与外部部件连接处设置有金属滤芯和紧固螺母，消除球床颗粒松动现象。
[0022]进一步地，球床测温点置于球床实验段内部，优选设置在球床实验段的轴线上，可以消除球床颗粒堆积的壁面效应和壁面附近流体漏流对压降流阻测量数据的影响。
[0023]进一步地，还包括控制系统和数据采集单元；所述控制系统包括控制器；所述数据采集单元包括压差传感器、质量流量计、热电偶和温度采集模块；所述温度采集模块用于采集为球床实验段加热的加热装置的加热温度，并将采集的加热温度传递给控制器；所述控制器接收加热温度并与目标温度进行比较，当加热温度达到目标温度时，由控制器控制开启进气系统的出口阀，使气体通过第一连接管进入球床实验段进行吹扫；所述压差传感器用于采集吹扫过程中的各个球床测温点的压差，并将采集的压差传递给控制器；所述热电偶用于采集吹扫过程中的各个球床测温点的温度，并将采集的温度传递给控制器；所述质量流量计用于采集吹扫气体的流量；所述控制器基于采集的各个球床测温点的压差和两个球床测温点之间的距离计算压降系数，并基于流体密度、流速和本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.聚变堆包层球床高温气体流阻特性测量装置，包括球床实验段（13）和测量单元，所述球床实验段（13）的进气端通过第一连接管（7）与进气系统连接，其特征在于，所述球床实验段（13）内沿着气体流动方向设置有多个球床测温点（31）；所述测量单元包括引压管（14）、温压三通（15）、热电偶（16）和压差传感器（4）；所述温压三通（15）的三个端口分别与引压管（14）、热电偶（16）和压差传感器（4）的低压侧连接，所述引压管（14）远离温压三通（15）的一端设置在球床测温点（31）处，所述引压管（14）与球床测温点（31）一一对应，所述压差传感器（4）的高压侧与第一连接管（7）的进气端连接。2.根据权利要求1所述的聚变堆包层球床高温气体流阻特性测量装置，其特征在于，所述引压管（14）包括第一引压支管和第二引压支管；所述温压三通（15）的三个端口分别与第一引压支管、第二引压支管和热电偶（16）连接；所述第一引压支管远离温压三通（15）的一端设置在球床测温点（31）处；所述第二引压支管上设置有电磁截止阀（6）；所述压差传感器（4）的低压侧通过四通连接管（5）与各个第二引压支管连接。3.根据权利要求2所述的聚变堆包层球床高温气体流阻特性测量装置，其特征在于，包括多个不同量程的压差传感器（4），各个压差传感器（4）的高压侧均与第一连接管（7）的进气端连接，各个压差传感器（4）的低压侧分别通过一个四通连接管（5）与各个第二引压支管连接。4.根据权利要求1所述的聚变堆包层球床高温气体流阻特性测量装置，其特征在于，所述球床实验段（13）的进气端和出气端分别设置有第一法兰（12）和第二法兰（18），所述第一法兰（12）和第二法兰（18）分别用于与第一连接管（7）和第二连接管（24）连接，所述第二连接管（24）用于排气或与真空系统连接；还包括管式高温炉（17），所述球床实验段（13）、第一法兰（12）和第二法兰（18）均置于管式高温炉（17）内。5.根据权利要求4所述的聚变堆包层球床高温气体流阻特性测量装置，其特征在于，所述第一法兰（12）和第二法兰（18）均采用漏斗状变径法兰。6.根据权利要求1所述的聚变堆包层球床高温气体流阻特性测量装置，其特征在于，所述球床实验段（13）的进气端和出气端分别设置有第一温度变送器（8）和第二温度变送器（21）；所述球床实验段（13）的进气端还设置有压力传感器（11）。...
【专利技术属性】
技术研发人员：巩保平，程昊，王龙，严觉民，张龙，王晓宇，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。