一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统及方法，该系统包括氩气瓶、除油罐、温控仪、冷阱、油过滤罐、真空室、电磁感应加热器、冷凝器、潜水泵、冷却水池、坩埚、绝热板、精密电子天平、真空泵、粉尘过滤器、高真空粗调阀门、高真空微调阀门、液态金属阀门等部件。可实现不同压力、温度工况下液态钠蒸发速率的测量。本发明专利技术提供了一种有效地解决液态钠在不同温度、压力下蒸发速率测量问题的方法，为高温钠热管的设计研发和性能分析提供实验数据。验数据。验数据。

【技术实现步骤摘要】
一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及热管反应堆
，具体涉及一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统及方法。

技术介绍

[0002]热管反应堆作为一种新型反应堆，由于其结构简单、可靠性好，在月球和火星基地供电、深空探测和推进等领域具有良好的应用前景。高温钠热管是热管反应堆的关键部件，其传热性能的优劣直接影响到反应堆的安全运行。液态金属钠的蒸发是高温热管运行的重要过程，然而目前很少有关于液态钠质量蒸发速率研究的公开报道。
[0003]在早期阶段，液体蒸发/冷凝的计算依赖于赫兹
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克努森(HK)关系式，该关系式是在气体动力学理论和麦克斯韦
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玻尔兹曼(MB)平衡速度分布假设的基础上发展起来的。然而，HK关系的预测结果已被证明与大量实验和数值模拟的研究结果存在较大误差。之后，Schrage指出，严格来说，HK关系只适用于液汽饱和平衡状态。在存在净质量蒸发速率的情况下，离开液汽界面的分子的速度分布将与撞击界面的分子不同。整体分子速度分布将不再满足平衡态的麦克斯韦
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玻尔兹曼(MB)分布，并将随着平均速度或漂移速度的变化而变化。基于上述考虑，Schrage改进了HK关系，并提出了赫兹
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克努森
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施拉格(HKS)关系。
[0004]然而，通过将HK或HKS关系拟合到不同状态下水的蒸发实验数据而获得的质量调节系数(MAC)α都跨越了两个数量级。并且在相同温度下通过异丙醇蒸发实验获得的MAC比水大得多。上述研究现状表明，直接使用HK或HKS关系来预测液态金属钠的蒸发速率是不严谨的，可能会导致较大的误差。所以需要研制一套液态钠质量蒸发速率测量的实验装置，用来测量液态钠在不同温度、压力工况下质量蒸发速率，为高温热管的设计研发和性能分析提供第一手的实验数据。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统及方法，以解决现有技术液态钠质量蒸发速率测量的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统，包括氩气瓶1、同时连接氩气瓶1的第一高真空微调阀门701和第一高真空粗调阀门201，第一高真空微调阀门701另一端通过三通分别和第四高真空微调阀门704、第一真空计801连接，第一真空计801通过三通左、右分别连接第四高真空微调阀门704、真空室11，第四高真空微调阀门704另一端与环境大气连接用于调节真空室11氩气的浓度及压力，第一高真空粗调阀门201另一端连接除油罐3，用于调节氩气瓶1向除油罐3输送氩气的速率,以上共同组成了测量系统的气体充排模块；
[0008]除油罐3顶端中部设有用于放入固体钠块的投料口21，除油罐3顶端左侧连接第一高真空粗调阀门201，在顶端右侧连接第二高真空粗调阀门202，第二高真空粗调阀门202另
一端通过三通分别与油过滤罐6和第三高真空粗调阀门203连接，第三高真空粗调阀门203另一端通过三通分别与第一液态金属阀门501和冷阱4连接，第一液态金属阀门501的另一端与除油罐3相连接,同时第一温控仪401与除油罐3连接，第二温控仪402与冷阱4连接，冷阱4下端连接第二液态金属阀门502，第二液态金属阀门502另一端连接滴落管22，滴落管22另一端伸入至真空室11内并且在冷凝器12下方弯折至坩埚15正上方，以上共同组成了测量系统的液态钠净化和装填模块；
[0009]真空泵10入口与缓冲罐25一端连接，缓冲罐25另一端通过三通分别与第四高真空粗调阀门204和第三高真空微调阀门703连接，第四高真空粗调阀门204另一端与油过滤罐6连接，第三高真空微调阀门703另一端与第二高真空微调阀门702串联连接，第二高真空微调阀门702另一端连接粉尘过滤器9，粉尘过滤器9另一端连接真空室11，以上共同组成了测量系统的真空获得模块；
[0010]冷却水池19内放置有潜水泵20，潜水泵20出水口与进水管23连接，进水管23穿入真空室11内与真空室11上方的冷凝器12左端连接，冷凝器12右端与出水管24连接，出水管24穿出真空室11伸入至冷却水池19内，以上共同组成了测量系统的蒸汽冷凝模块；
[0011]真空室11内正下方设有带电磁屏蔽功能的精密电子天平17，精密电子天平17上方放置绝热板16，绝热板上方放置坩埚15用于盛装液态钠，坩埚15外围环绕着加热线圈14，加热线圈14穿出真空室11并与外面的电磁感应加热器13连接，以上共同组成了测量系统的加热和称量模块。
[0012]多次使用氩气瓶1通过第一高真空微调阀门701、第四高真空微调阀门704和第一真空计801向真空室11中充入氩气，并多次使用真空泵10通过缓冲罐25和第一高真空微调阀门703、第二高真空微调阀门702、粉尘过滤器9对润湿性测量室9进行抽真空，实现高纯氩气对真空室11中空气的置换，防止液态金属钠加热蒸发过程中被氧化。
[0013]通过调节第三高真空微调阀门703和第二高真空微调阀门702的开度控制缓冲罐25对真空室11的抽气流量，实现液态钠质量蒸发速率测量环境压力的精准调控。
[0014]测量开始前使用真空泵10对缓冲罐25进行预抽气至预定压强，在液钠蒸发过程中使用缓冲罐25对真空室11进行抽气，并且利用粉尘过滤器9冷凝并过滤缓冲罐25抽气过程中气体携带的钠蒸汽，能够防止蒸发过程产生的钠蒸汽进入真空泵10对真空泵10造成损伤。
[0015]在开始和停止对坩埚中钠进行加热时，分别两次打开第四高真空微调阀门704使得真空容器11内部压力等于外部大气压力，保证在不打开真空容器11的情况下利用高精度电子天平17实现对坩埚中钠质量的准确称量；
[0016]使用第三温控仪403控制电磁感应加热器13的开关，进而对坩埚15中液态钠的温度进行控制，实现液态钠质量蒸发速率测量环境温度可控。
[0017]通过利用除油罐3、冷阱4、油过滤罐6、第一温控仪401、第二温控仪402及第三高真空粗调阀门203、第四高真空粗调阀门204、第一液态金属阀门501实现液态金属钠在重力作用下的净化。
[0018]所述的一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统的测量方法，测量开始前对整个测量系统进行常温抽气检漏，使得整个测量系统的漏率小于1
×
10 ‑9Pa
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m3/s，这是确保测量系统在测量过程中维持负压环境的关键，测量方法分为如下五部分；
[0019]1)液态碱金属钠的净化：
[0020]首先对液态钠净化和装填模块进行氩气置换操作，关闭第一高真空粗调阀门201、第三高真空微调阀门703和第二液态金属阀门502，打开第二高真空粗调阀门202、第三高真空粗调阀门203、第四高真空粗调阀门204和第一液态金属阀门501，然后开启真空泵10对整个液态钠净化和装填模块进行抽气至1Pa，之后打开第一高真空粗调阀门201本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统，其特征在于：包括氩气瓶(1)、同时连接氩气瓶(1)的第一高真空微调阀门(701)和第一高真空粗调阀门(201)，第一高真空微调阀门(701)另一端通过三通分别和第四高真空微调阀门(704)、第一真空计(801)连接，第一真空计(801)通过三通左、右分别连接第四高真空微调阀门(704)、真空室(11)，第四高真空微调阀门(704)另一端与环境大气连接用于调节真空室(11)氩气的浓度及压力，第一高真空粗调阀门(201)另一端连接除油罐(3)，用于调节氩气瓶(1)向除油罐(3)输送氩气的速率,以上共同组成了测量系统的气体充排模块；除油罐(3)顶端中部设有用于放入固体钠块的投料口(21)，除油罐(3)顶端左侧连接第一高真空粗调阀门(201)，在顶端右侧连接第二高真空粗调阀门(202)，第二高真空粗调阀门(202)另一端通过三通分别与油过滤罐(6)和第三高真空粗调阀门(203)连接，第三高真空粗调阀门(203)另一端通过三通分别与第一液态金属阀门(501)和冷阱(4)连接，第一液态金属阀门(501)的另一端与除油罐(3)相连接,同时第一温控仪(401)与除油罐(3)连接，第二温控仪(402)与冷阱(4)连接，冷阱(4)下端连接第二液态金属阀门(502)，第二液态金属阀门(502)另一端连接滴落管(22)，滴落管(22)另一端伸入至真空室(11)内并且在冷凝器(12)下方弯折至坩埚(15)正上方，以上共同组成了测量系统的液态钠净化和装填模块；真空泵(10)入口与缓冲罐(25)一端连接，缓冲罐(25)另一端通过三通分别与第四高真空粗调阀门(204)和第三高真空微调阀门(703)连接，第四高真空粗调阀门(204)另一端与油过滤罐(6)连接，第三高真空微调阀门(703)另一端与第二高真空微调阀门(702)串联连接，第二高真空微调阀门(702)另一端连接粉尘过滤器(9)，粉尘过滤器(9)另一端连接真空室(11)，以上共同组成了测量系统的真空获得模块；冷却水池(19)内放置有潜水泵(20)，潜水泵(20)出水口与进水管(23)连接，进水管(23)穿入真空室(11)内与真空室(11)上方的冷凝器(12)左端连接，冷凝器(12)右端与出水管(24)连接，出水管(24)穿出真空室(11)伸入至冷却水池(19)内，以上共同组成了测量系统的蒸汽冷凝模块；真空室(11)内正下方设有带电磁屏蔽功能的精密电子天平(17)，精密电子天平(17)上方放置绝热板(16)，绝热板上方放置坩埚(15)用于盛装液态钠，坩埚(15)外围环绕着加热线圈(14)，加热线圈(14)穿出真空室(11)并与外面的电磁感应加热器(13)连接，以上共同组成了测量系统的加热和称量模块。2.根据权利要求1所述的一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统，其特征在于：多次使用氩气瓶(1)通过第一高真空微调阀门(701)、第四高真空微调阀门(704)和第一真空计(801)向真空室(11)中充入氩气，并多次使用真空泵(10)通过缓冲罐(25)和第一高真空微调阀门(703)、第二高真空微调阀门(702)、粉尘过滤器(9)对润湿性测量室(9)进行抽真空，实现高纯氩气对真空室(11)中空气的置换，防止液态金属钠加热蒸发过程中被氧化。3.根据权利要求1所述的一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统，其特征在于：通过调节第三高真空微调阀门(703)和第二高真空微调阀门(702)的开度控制缓冲罐(25)对真空室(11)的抽气流量，实现液态钠质量蒸发速率测量环境压力的精准调控。4.根据权利要求1所述的一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统，其特征在于：测量开始前使用真空泵(10)对缓冲罐(25)进行预抽气至预定压强，在液钠蒸发过程中
使用缓冲罐(25)对真空室(11)进行抽气，并且利用粉尘过滤器(9)冷凝并过滤缓冲罐(25)抽气过程中气体携带的钠蒸汽，能够防止蒸发过程产生的钠蒸汽进入真空泵(10)对真空泵(10)造成损伤。5.根据权利要求1所述的一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统，其特征在于：在开始和停止对坩埚(15)中钠进行加热时，分别两次打开第四高真空微调阀门(704)使得真空容器(11)内部压力等于外部大气压力，保证在不打开真空容器(11)的情况下利用高精度电子天平(17)实现对坩埚中钠质量的准确称量。6.根据权利要求1所述的一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统，其特征在于：使用第三温控仪(403)控制电磁感应加热器(13)的开关，进而对坩埚(15)中液态钠的温度进行控制，实现液态钠质量蒸发速率测量环境温度可控。7.根据权利要求1所述的一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统，其特征在于：通过利用除油罐(3)、冷阱(4)、油过滤罐(6)、第一温控仪(401)、第二温控仪(402)及第三高真空粗调阀门(203)、第四高真空粗调阀门(204)、第一液态金属阀门(501)实现液态金属钠在重力作用下的净化。8.权利要求1至7任一项所述的一种带净化装置的液态钠质量蒸发速率测量系统的测量方法，其特征在于：实验开始前对整个测量系统进行常温抽气检漏，使得整个测量系统的漏率小于1
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【专利技术属性】
技术研发人员：苏光辉，唐松胜，郭凯伦，王成龙，张大林，秋穗正，田文喜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：