久久一区二区免费播放,国产在线欧美日韩一区二区,国产综合色在线视频,精品伊人久久久香线蕉,精品视频麻豆网站,玖玖国产,国内精品久久久久影,在线观看精品视频一区二区三区,午夜久久影院,国产精品一区久久

一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn)裝置，主要用于研究聚變堆固態(tài)增殖包層吹氚氦氣在球床增殖劑小球之間的流動(dòng)與傳熱特性。采用非接觸式高頻感應(yīng)電源加熱擬增殖劑金屬小球來(lái)模擬球床內(nèi)增殖劑小球所產(chǎn)生的高功率密度核熱，開展吹氚氦氣溫度、速度、壓力變化，增殖劑小球排列方式、尺寸與功率密度變化等條件下球床熱工水力特性實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)量增殖劑小球和球床壁面溫度分布，獲得其對(duì)流換熱準(zhǔn)則關(guān)系式與流動(dòng)阻力關(guān)系式，為實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)驗(yàn)演示球床內(nèi)中子沉積在增殖劑小球上的核熱傳輸和吹氚氦氣的流動(dòng)與傳熱特性，驗(yàn)證固態(tài)增殖包層設(shè)計(jì)方案的可行性、數(shù)值方法與數(shù)據(jù)的正確性，為ITER中國(guó)固態(tài)實(shí)驗(yàn)包層模塊的研發(fā)提供支持。
【專利說(shuō)明】一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn)裝置 及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn)裝置及方法，屬 于先進(jìn)核反應(yīng)堆熱工水力學(xué)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 聚變堆固態(tài)增殖包層球床、第四代高溫氣冷堆裂變?nèi)剂锨虼驳扰c高能中子的熱核 反應(yīng)產(chǎn)生高功率密度核熱，需要規(guī)定質(zhì)量流率的冷卻劑流動(dòng)排出核熱，與二回路工質(zhì)換熱 用于產(chǎn)氚、發(fā)電或供熱。由于聚變堆固態(tài)增殖包層球床的主要功能是增殖氚，相對(duì)于裂變 堆，聚變堆等離子體氘氚熱核反應(yīng)產(chǎn)生高能中子（14. IMeV)具有貧中子富能量特點(diǎn)，需要 在包層內(nèi)交替優(yōu)化設(shè)置鈹球床區(qū)和鋰陶瓷球床區(qū)，分別用于增殖中子和氚，同時(shí)產(chǎn)生高功 率密度核熱?，F(xiàn)行的設(shè)計(jì)方案是采用8MPa的高壓氦氣冷卻球床結(jié)構(gòu)并攜帶增殖區(qū)核熱，常 壓氦（1.2bar)作為吹掃氣體流過(guò)增殖區(qū)球床，載帶增殖劑小球所產(chǎn)生的氚，進(jìn)入氚提取系 統(tǒng)提氚，用作聚變堆自身燃料。因此獲得較準(zhǔn)確球床對(duì)流換熱準(zhǔn)則關(guān)系式與流動(dòng)阻力關(guān)系 式，對(duì)增殖區(qū)球床設(shè)計(jì)方案的可行性、數(shù)值方法與數(shù)據(jù)的正確性驗(yàn)證具有重要作用。
[0003] 現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室條件下還不能獲得量級(jí)達(dá)到10MW/m3的高功率密度核熱條件，采用現(xiàn) 有的中子源來(lái)開展真實(shí)實(shí)驗(yàn)，一是高能中子的能譜和通量均與實(shí)驗(yàn)聚變堆中子源差距太大 (聚變堆高能中子平均14. IMeV)，二是實(shí)驗(yàn)室屏蔽和防護(hù)等條件不具備，且高能中子與增 殖劑小球產(chǎn)氚等的限制，使得這一實(shí)驗(yàn)在國(guó)際上還沒(méi)有開展過(guò)。因此，與國(guó)際熱核反應(yīng)堆 ITER配套，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)準(zhǔn)備在日本建造聚變中子源IFMIF，來(lái)解決高能中子對(duì)材料的 輻照損傷及增殖劑材料產(chǎn)氚等相關(guān)問(wèn)題?，F(xiàn)有的裂變堆裂變?nèi)剂锨虼矡峁にδM實(shí)驗(yàn)， 一般采用電阻絲分布或電熱棒插入擬裂變?nèi)剂锨颍ㄖ睆皆赾m量級(jí)，遠(yuǎn)大于氚增殖劑小球_ 量級(jí)）之間模擬內(nèi)熱源，且不涉及吹氚氦氣流動(dòng)。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)自行研制的200KW高功 率高頻電源電磁感應(yīng)功率，結(jié)合改變球床實(shí)驗(yàn)段擬增殖劑金屬小球的大小與數(shù)量，使球床 擬增殖劑金屬小球獲得的核熱功率密度分布與聚變堆增殖包層增殖區(qū)設(shè)計(jì)方案具有相似 的核熱功率分布，結(jié)合設(shè)定的吹掃氣在球床內(nèi)流動(dòng)，可定量開展包層球床內(nèi)氦氣流動(dòng)與傳 熱特性實(shí)驗(yàn)研究。本發(fā)明裝置及方法具有按預(yù)設(shè)功率密度與分布獲取內(nèi)熱源，對(duì)球床吹掃 氣流動(dòng)與傳熱無(wú)影響等顯著特點(diǎn)，解決了聚變堆增殖包層球床熱工特性實(shí)驗(yàn)難以獲得高功 率密度核熱的難題，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬驗(yàn)證相結(jié)合，獲得較準(zhǔn)確球床對(duì)流換熱準(zhǔn)則關(guān) 系式與流動(dòng)阻力關(guān)系式，為ITER中國(guó)固態(tài)實(shí)驗(yàn)包層模塊的研發(fā)提供支持。
[0004] 基于以上【背景技術(shù)】，針對(duì)國(guó)家磁約束核聚變能發(fā)展研究專項(xiàng)項(xiàng)目課題 (2013GB113004)研究的任務(wù)需求，特提出本發(fā)明專利。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種聚變堆增殖包層球床 吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn)裝置及方法，解決了聚變堆包層球床熱工特性實(shí)驗(yàn)難以獲得高 功率密度核熱的難題，也避免了采用分布電阻絲或插入電熱棒于擬增殖劑金屬小球之間模 擬內(nèi)熱源，造成核熱分布不均勻，功率密度有限，金屬球自身不生熱，生熱元件會(huì)影響吹氚 氦氣流動(dòng)與傳熱等技術(shù)缺陷。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn) 裝置，根據(jù)ITER中國(guó)氚增殖實(shí)驗(yàn)包層球床熱工水力設(shè)計(jì)方案，采用該發(fā)明裝置通過(guò)實(shí)驗(yàn)與 數(shù)值模擬驗(yàn)證相結(jié)合，獲得球床對(duì)流換熱準(zhǔn)則關(guān)系式與流動(dòng)阻力關(guān)系式。
[0007] -種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn)裝置，由擬增殖劑金屬小球 1、耐高溫玻璃小球2、矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3、入口過(guò)渡段4、非接觸式高頻感應(yīng)電 源5、金屬絲網(wǎng)6、螺旋式加熱線圈7、高壓氦氣瓶8、針閥9、進(jìn)口法蘭10、出口法蘭10'、數(shù)字 電磁流量計(jì)ll、k型鎧裝熱電偶12、k型熱電偶13、壓差計(jì)14、管道15、氦氣回收罐16、數(shù)據(jù) 采集卡17、計(jì)算機(jī)18、流量分配器19等組成。
[0008] 擬增殖劑金屬小球1按設(shè)計(jì)的排列方式（占空比）堆放在矩形透明石英玻璃球床 實(shí)驗(yàn)段3內(nèi)，為消除吹氚氦氣在矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3的進(jìn)出口效應(yīng)，矩形透明石 英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3兩端分別堆放多排與擬增殖劑金屬小球1尺寸相同的耐900°C高溫玻 璃小球2,擬增殖劑金屬小球1與耐高溫玻璃小球2之間分別用金屬絲網(wǎng)6隔開；15MPa高 壓氦氣瓶8與管道15相連，針閥9安裝于入口過(guò)渡段4之前的入口管道上，經(jīng)入口過(guò)渡段 4、流量分配器19后通過(guò)進(jìn)口法蘭10與矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3連接，且進(jìn)口法蘭 10、出口法蘭10'分別與矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3密封連接；矩形透明石英玻璃球床 實(shí)驗(yàn)段3出口端通過(guò)出口法蘭10'經(jīng)管道15流入氦氣回收罐16 ;矩形透明石英玻璃球床實(shí) 驗(yàn)段3的進(jìn)、出口端分別裝有k型熱電偶13用于測(cè)量吹掃氣的進(jìn)、出口溫度，壓差計(jì)14兩 端也分別聯(lián)接至矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3進(jìn)、出口端，數(shù)字電磁流量計(jì)11安裝于矩 形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3出口端；從矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3中部至矩形透明 石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3出口端，等距離設(shè)置3組k型鎧裝熱電偶12,每組3支，自中間至壁 面分別焊接于擬增殖劑金屬小球1上；從矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3中部至矩形透明 石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3出口端，等距離設(shè)置3個(gè)k型熱電偶13,分別聯(lián)接至球床內(nèi)壁面上； 數(shù)據(jù)采集卡17的輸入端分別聯(lián)接至3組k型鎧裝熱電偶12和3個(gè)k型熱電偶13、壓差計(jì) 14和數(shù)字電磁流量計(jì)11，數(shù)據(jù)采集卡17輸出端連接至計(jì)算機(jī)18 ;矩形透明石英玻璃球床 實(shí)驗(yàn)段3置于螺旋式加熱線圈7內(nèi)，螺旋式加熱線圈7兩端連接至非接觸式高頻感應(yīng)電源 5的負(fù)載端。
[0009] 具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0010] S1 :高壓氦氣瓶8作為吹掃氣的氣源，減壓后由針閥9調(diào)節(jié)流量，以獲得不同進(jìn)口 溫度、速度和壓力的吹掃氣；吹掃氣（通常為1.2bar)通過(guò)入口過(guò)渡段4,經(jīng)流量分配器19 進(jìn)行流量分配后流入矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3,矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3與 進(jìn)口法蘭10和出口法蘭10'連接密封，避免吹掃氣泄漏；由k型熱電偶13測(cè)量矩形透明石 英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3內(nèi)吹掃氣進(jìn)、出口溫度，壓差計(jì)14測(cè)量矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段 3內(nèi)吹掃氣進(jìn)出口壓力差，數(shù)字電磁流量計(jì)11測(cè)量矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3內(nèi)吹掃 氣質(zhì)量流率；
[0011] S2 :3組k型鎧裝熱電偶12測(cè)量矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3內(nèi)自中間至壁面 擬增殖劑金屬小球1上溫度，擬增殖劑金屬小球1壁面開槽裝入微型鎧裝熱電偶12或直接 在擬增殖劑金屬小球1表面焊接k型鎧裝熱電偶12, 3個(gè)k型熱電偶13測(cè)量從矩形透明石 英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3中部至矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3出口端等距離內(nèi)壁面溫度；
[0012] S3 :數(shù)據(jù)采集卡17實(shí)時(shí)采集k型鎧裝熱電偶12、k型熱電偶13、壓差計(jì)14和數(shù)字 電磁流量計(jì)11的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)變換后送至計(jì)算機(jī)18進(jìn)行處理、顯示與存儲(chǔ)，用于計(jì)算分析 球床及吹掃氣熱工水力特性；
[0013] S4 :調(diào)節(jié)非接觸式高頻感應(yīng)電源5功率，通過(guò)螺旋式加熱線圈7按設(shè)定的核熱功率 密度，在矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3內(nèi)的擬增殖劑金屬小球1上產(chǎn)生高頻電磁感應(yīng)加 熱，模擬聚變高能中子在增殖劑小球上產(chǎn)生的高功率密度核熱。
[0014] 所述步驟S1中，矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3依據(jù)相似性原理縮小了比例，必 須采用相似模化分析，確保無(wú)量綱因子普朗特?cái)?shù)Pr、雷諾數(shù)Re、傅立葉數(shù)Fo、生熱因子Hg、 畢渥數(shù)Bi、斯坦頓數(shù)St應(yīng)與聚變堆固態(tài)包層球床設(shè)計(jì)方案一致。如果不能保證全部無(wú)量綱 因子比例為1，必須對(duì)因子進(jìn)行主次分析，量化評(píng)估實(shí)驗(yàn)?zāi)；д媾c確定性，保證主要無(wú)量 綱因子比例為1。
[0015] 所述步驟S2中，球床內(nèi)擬增殖劑小球所模擬的是聚變堆固態(tài)增殖包層球床內(nèi)的 氚增殖劑硅酸鋰小球、鈦酸鋰小球，中子增殖劑金屬鈹小球，中子與氚增殖劑鈹酸鋰小球。
[0016] 所述步驟S4中，非接觸式高頻感應(yīng)電源通過(guò)線圈電磁感應(yīng)加熱擬增殖劑金屬小 球，模擬聚變堆固態(tài)包層球床內(nèi)高能中子沉積在增殖劑小球內(nèi)的高功率密度核熱，其功率 密度分布應(yīng)依據(jù)中子物理計(jì)算結(jié)果加載。
[0017] 所述步驟S4中，進(jìn)出口加裝3?4排耐高溫玻璃小球，以消除進(jìn)出口效應(yīng)對(duì)換熱 特性的影響。耐高溫玻璃小球工作溫度不低于900°C，耐高溫玻璃小球與擬增殖劑金屬小球 用金屬絲網(wǎng)隔開，可任意調(diào)節(jié)來(lái)改變中間擬增殖劑金屬小球區(qū)大小，獲取給定的核熱功率 密度分布。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明具有按預(yù)設(shè)功率密度與分布獲取內(nèi)熱 源，對(duì)球床吹氚氦氣流動(dòng)與傳熱無(wú)影響等顯著優(yōu)勢(shì)，克服了現(xiàn)有的采用分布電阻絲或插入 電熱棒于擬增殖劑金屬小球之間模擬內(nèi)熱源，造成核熱分布不均勻，功率密度有限，小球自 身不生熱，生熱元件會(huì)影響吹氚氦氣流動(dòng)與傳熱等重大缺陷，解決了聚變堆包層球床熱工 特性實(shí)驗(yàn)難以獲得高能中子在增殖劑小球內(nèi)產(chǎn)生核熱的難題。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明中采用的一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn)裝 置原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0021] 本發(fā)明【具體實(shí)施方式】是采用附圖1所示的一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱 工水力特性實(shí)驗(yàn)裝置原理圖。
[0022] 本發(fā)明采用的一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn)裝置，由擬增 殖劑金屬小球1、耐高溫玻璃小球2、矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3、入口過(guò)渡段4、非接觸 式高頻感應(yīng)電源5、金屬絲網(wǎng)6、螺旋式加熱線圈7、高壓氦氣瓶8、針閥9、進(jìn)口法蘭10、出口 法蘭10'、數(shù)字電磁流量計(jì)11、k型鎧裝熱電偶12、k型熱電偶13、壓差計(jì)14、管道15、氦氣 回收罐16、數(shù)據(jù)采集卡17、計(jì)算機(jī)18、流量分配器19等組成。
[0023] 擬增殖劑金屬小球1按設(shè)計(jì)的排列方式（占空比）堆放在矩形透明石英玻璃球床 實(shí)驗(yàn)段3內(nèi)，為消除吹氚氦氣在矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3的進(jìn)出口效應(yīng)，矩形透明石 英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3兩端分別堆放多排與擬增殖劑金屬小球1尺寸相同的耐900°C高溫玻 璃小球2,擬增殖劑金屬小球1與耐高溫玻璃小球2之間分別用金屬絲網(wǎng)6隔開；15MPa高 壓氦氣瓶8與管道15相連，針閥9安裝于入口過(guò)渡段4之前的入口管道上，經(jīng)入口過(guò)渡段 4、流量分配器19后通過(guò)進(jìn)口法蘭10與矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3連接，且進(jìn)口法蘭 10、出口法蘭10'分別與矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3密封連接；矩形透明石英玻璃球床 實(shí)驗(yàn)段3出口端通過(guò)出口法蘭10'經(jīng)管道15流入氦氣回收罐16 ;矩形透明石英玻璃球床實(shí) 驗(yàn)段3的進(jìn)、出口端分別裝有k型熱電偶13用于測(cè)量吹掃氣的進(jìn)、出口溫度，壓差計(jì)14兩 端也分別聯(lián)接至矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3進(jìn)、出口端，數(shù)字電磁流量計(jì)11安裝于矩 形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3出口端；從矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3中部至矩形透明 石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3出口端，等距離設(shè)置3組k型鎧裝熱電偶12,每組3支，自中間至壁 面分別焊接于擬增殖劑金屬小球1上；從矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3中部至矩形透明 石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3出口端，等距離設(shè)置3個(gè)k型熱電偶13,分別聯(lián)接至球床內(nèi)壁面上； 數(shù)據(jù)采集卡1)的輸入端分別聯(lián)接至3組k型鎧裝熱電偶12和3個(gè)k型熱電偶13、壓差計(jì) 14和數(shù)字電磁流量計(jì)11，數(shù)據(jù)采集卡17輸出端連接至計(jì)算機(jī)18 ;矩形透明石英玻璃球床 實(shí)驗(yàn)段3置于螺旋式加熱線圈7內(nèi)，螺旋式加熱線圈7兩端連接至非接觸式高頻感應(yīng)電源 5的負(fù)載端。
[0024] 具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0025] S1 :高壓氦氣瓶8作為吹掃氣的氣源，減壓后由針閥9調(diào)節(jié)流量，以獲得不同進(jìn)口 溫度、速度和壓力的吹掃氣；吹掃氣（通常為1.2bar)通過(guò)入口過(guò)渡段4,經(jīng)流量分配器19 進(jìn)行流量分配后流入矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3,矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3與 進(jìn)口法蘭10和出口法蘭10'連接密封，避免吹掃氣泄漏；由k型熱電偶13測(cè)量矩形透明石 英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3內(nèi)吹掃氣進(jìn)、出口溫度，壓差計(jì)14測(cè)量矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段 3內(nèi)吹掃氣進(jìn)出口壓力差，數(shù)字電磁流量計(jì)11測(cè)量矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3內(nèi)吹掃 氣質(zhì)量流率；
[0026] S2 :3組k型鎧裝熱電偶12測(cè)量矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3內(nèi)自中間至壁面 擬增殖劑金屬小球1上溫度，擬增殖劑金屬小球1壁面開槽裝入微型鎧裝熱電偶12或直接 在擬增殖劑金屬小球1表面焊接k型鎧裝熱電偶12,3個(gè)k型熱電偶13測(cè)量從矩形透明石 英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3中部至矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3出口端等距離內(nèi)壁面溫度；
[0027] S3 :數(shù)據(jù)采集卡17實(shí)時(shí)采集k型鎧裝熱電偶12、k型熱電偶13、壓差計(jì)14和數(shù)字 電磁流量計(jì)11的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)變換后送至計(jì)算機(jī)18進(jìn)行處理、顯示與存儲(chǔ)，用于計(jì)算分析 球床及吹掃氣熱工水力特性；
[0028] S4 :調(diào)節(jié)非接觸式高頻感應(yīng)電源5功率，通過(guò)螺旋式加熱線圈7按設(shè)定的核熱功率 密度，在矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3內(nèi)的擬增殖劑金屬小球1上產(chǎn)生高頻電磁感應(yīng)加 熱，模擬聚變高能中子在增殖劑小球上產(chǎn)生的高功率密度核熱。
[0029] 所述步驟S1中，矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段3依據(jù)相似性原理縮小了比例，必 須采用相似模化分析，確保無(wú)量綱因子普朗特?cái)?shù)Pr、雷諾數(shù)Re、傅立葉數(shù)Fo、生熱因子Hg、 畢渥數(shù)Bi、斯坦頓數(shù)St應(yīng)與聚變堆固態(tài)增殖包層球床設(shè)計(jì)方案一致。如果不能保證全部無(wú) 量綱因子比例為1，必須對(duì)因子進(jìn)行主次分析，量化評(píng)估實(shí)驗(yàn)?zāi)；д媾c確定性，保證主要 無(wú)量綱因子比例為1。在相似?；治黾夹g(shù)中，采用量綱分析法使設(shè)計(jì)的?；瘜?shí)驗(yàn)無(wú)量綱因 子或主要無(wú)量綱因子比例為1，以確保運(yùn)用縮小比例球床模型進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)與所研究實(shí)際球 床的物理過(guò)程相似。
[0030] 所述步驟S2中，球床內(nèi)擬增殖劑小球所模擬的是聚變堆固態(tài)增殖包層球床內(nèi)的 氚增殖劑硅酸鋰小球、鈦酸鋰小球，中子增殖劑金屬鈹小球，中子與氚增殖劑鈹酸鋰小球。 其中硅酸鋰小球、鈦酸鋰和鈹酸鋰小球平均直徑為0. 8_?1. 2_，球形度為0. 95?1. 05， 抗擠壓載荷20?30N。金屬鈹小球平均直徑為2mm?3mm，球形度為0· 95?1. 05。
[0031] 所述步驟S4中，非接觸式高頻感應(yīng)電源通過(guò)線圈電磁感應(yīng)加熱擬增殖劑金屬小 球，模擬聚變堆固態(tài)增殖包層球床內(nèi)高能中子沉積在增殖劑小球內(nèi)的核熱，其功率密度分 布應(yīng)依據(jù)中子物理計(jì)算結(jié)果加載。自行研制非接觸式高頻感應(yīng)電源的功率為200KW，線圈的 電磁感應(yīng)頻率為12KHz，在球床擬增殖劑金屬小球區(qū)產(chǎn)生的功率密度可在lKW/m3?10MW/ m3連續(xù)可調(diào)。
[0032] 所述步驟S4中，進(jìn)出口加裝3?4排耐高溫玻璃小球，以消除進(jìn)出口效應(yīng)對(duì)換 熱特性的影響，玻璃小球與擬增殖劑金屬小球用金屬絲網(wǎng)隔開，可任意調(diào)節(jié)來(lái)改變中間擬 增殖劑金屬小球區(qū)大小，獲取給定的核熱功率密度分布。耐高溫玻璃小球的溫度不低于 900°C，平均直徑與增殖劑小球相同，球形度為0. 95?1. 05,抗擠壓載荷不低于30N。
【權(quán)利要求】
1. 一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：包括擬增 殖劑金屬小球（1)、耐高溫玻璃小球（2)、矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)、入口過(guò)渡段 (4)、非接觸式高頻感應(yīng)電源（5)、金屬絲網(wǎng)（6)、螺旋式加熱線圈（7)、高壓氦氣瓶（8)、針閥 (9)、進(jìn)口法蘭（10)、出口法蘭（10'）、數(shù)字電磁流量計(jì)（11)、k型鎧裝熱電偶（12)、k型熱 電偶（13)、壓差計(jì)（14)、管道（15)、氦氣回收罐（16)、數(shù)據(jù)采集卡（17)、計(jì)算機(jī)（18)和流 量分配器（19);擬增殖劑金屬小球（1)按設(shè)計(jì)的排列方式堆放在矩形透明石英玻璃球床實(shí) 驗(yàn)段（3)內(nèi)，為消除吹氚氦氣在矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)的進(jìn)出口效應(yīng)，矩形透明 石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)兩端分別堆放多排與擬增殖劑金屬小球（1)尺寸相同的耐900°C 高溫玻璃小球（2)，擬增殖劑金屬小球（1)與耐高溫玻璃小球（2)之間分別用金屬絲網(wǎng)（6) 隔開；15MPa高壓氦氣瓶⑶與管道（15)相連，針閥（9)安裝于入口過(guò)渡段（4)之前的入 口管道上，經(jīng)入口過(guò)渡段（4)、流量分配器（19)后通過(guò)進(jìn)口法蘭（10)與矩形透明石英玻璃 球床實(shí)驗(yàn)段（3)連接，且進(jìn)口法蘭（10)、出口法蘭（10'）分別與矩形透明石英玻璃球床實(shí) 驗(yàn)段（3)密封連接；矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)出口端通過(guò)出口法蘭（10'）經(jīng)管道 (15)流入氦氣回收罐（16);矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段⑶的進(jìn)、出口端分別裝有k型 熱電偶（13)用于測(cè)量吹掃氣的進(jìn)、出口溫度，壓差計(jì)（14)兩端也分別聯(lián)接至矩形透明石英 玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)的進(jìn)、出口端，數(shù)字電磁流量計(jì)（11)安裝于矩形透明石英玻璃球床實(shí) 驗(yàn)段（3)出口端；從矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)中部至矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn) 段（3)出口端，等距離設(shè)置3組k型鎧裝熱電偶（12)，每組3支，自中間至壁面分別焊接于 擬增殖劑金屬小球（1)上；從矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)中部至矩形透明石英玻璃 球床實(shí)驗(yàn)段（3)出口端，等距離設(shè)置3個(gè)k型熱電偶（13)，分別聯(lián)接至球床內(nèi)壁面上；數(shù)據(jù) 采集卡（17)的輸入端分別聯(lián)接至3組k型鎧裝熱電偶（12)和3個(gè)k型熱電偶（13)、壓差 計(jì)（14)和數(shù)字電磁流量計(jì)（11)，數(shù)據(jù)采集卡（17)輸出端連接至計(jì)算機(jī)（18);矩形透明石 英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)置于螺旋式加熱線圈（7)內(nèi)，螺旋式加熱線圈（7)兩端連接至非接 觸式高頻感應(yīng)電源（5)的負(fù)載端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn)裝置， 其特征在于：所述擬增殖劑金屬小球（1)所模擬的是聚變堆固態(tài)增殖包層球床內(nèi)的氚增殖 劑硅酸鋰小球、鈦酸鋰小球、中子與氚增殖劑鈹酸鋰小球、中子增殖劑金屬鈹小球，其中硅 酸鋰小球、鈦酸鋰和鈹酸鋰小球平均直徑為0. 8mm?1. 2_，金屬鈹小球平均直徑為2mm? 3mm 〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn)裝置， 其特征在于：所述矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)進(jìn)出口加裝3?4排耐高溫玻璃小球 (2)，以消除吹氚氦氣在矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)的進(jìn)出口效應(yīng)對(duì)流動(dòng)與換熱特 性的影響，耐高溫玻璃小球（2)與擬增殖劑金屬小球（1)用金屬絲網(wǎng)（6)隔開，可任意調(diào)節(jié) 來(lái)改變中間擬增殖劑金屬小球（1)區(qū)的大小。
4. 一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如 下： S1 :高壓氦氣瓶（8)作為吹掃氣的氣源，減壓后由針閥（9)調(diào)節(jié)流量，以獲得不同進(jìn)口 溫度、速度和壓力的吹掃氣；吹掃氣（通常為1.2bar)通過(guò)入口過(guò)渡段（4)，經(jīng)流量分配器 (19)進(jìn)行流量分配后流入矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)，矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn) 段⑶與進(jìn)口法蘭（?ο)和出口法蘭α〇'）連接密封，避免吹掃氣泄漏；由k型熱電偶（13) 測(cè)量矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)內(nèi)吹掃氣進(jìn)、出口溫度，壓差計(jì)（14)測(cè)量矩形透明 石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)內(nèi)吹掃氣進(jìn)出口壓力差，數(shù)字電磁流量計(jì)（11)測(cè)量矩形透明石英 玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)內(nèi)吹掃氣質(zhì)量流率； S2:3組k型鎧裝熱電偶（12)測(cè)量矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)內(nèi)自中間至壁面 擬增殖劑金屬小球（1)上溫度，擬增殖劑金屬小球（1)壁面開槽裝入微型鎧裝熱電偶（12) 或直接在擬增殖劑金屬小球（1)表面焊接k型鎧裝熱電偶（12)，3個(gè)k型熱電偶（13)測(cè)量 從矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)中部至矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)出口端等距 離內(nèi)壁面溫度； S3:數(shù)據(jù)采集卡（17)實(shí)時(shí)采集k型鎧裝熱電偶（12)、k型熱電偶（13)、壓差計(jì)（14)和 數(shù)字電磁流量計(jì)（11)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)變換后送至計(jì)算機(jī)（18)進(jìn)行處理、顯示與存儲(chǔ)，用于 計(jì)算分析球床及吹掃氣熱工水力特性； S4 :調(diào)節(jié)非接觸式高頻感應(yīng)電源（5)功率，通過(guò)螺旋式加熱線圈（7)按設(shè)定的核熱功率 密度，在矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)內(nèi)的擬增殖劑金屬小球（1)上產(chǎn)生高頻電磁感 應(yīng)加熱，模擬聚變高能中子在增殖劑小球上產(chǎn)生的高功率密度核熱。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn)方法， 其特征在于：所述步驟S1中矩形透明石英玻璃球床實(shí)驗(yàn)段（3)依據(jù)相似性原理縮小了比 例，必須采用相似?；治觯_保無(wú)量綱因子普朗特?cái)?shù)Pr、雷諾數(shù)Re、傅立葉數(shù)Fo、生熱因 子Hg、畢渥數(shù)Bi、斯坦頓數(shù)St應(yīng)與聚變堆固態(tài)包層球床設(shè)計(jì)方案一致；如果不能保證全部 無(wú)量綱因子比例為1，必須對(duì)因子進(jìn)行主次分析，量化評(píng)估實(shí)驗(yàn)?zāi)；д媾c確定性，保證主 要無(wú)量綱因子比例為1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實(shí)驗(yàn)方 法，其特征在于：所述步驟S4中非接觸式高頻感應(yīng)電源（5)為200KW大功率高頻感應(yīng)電源， 通過(guò)線圈電磁感應(yīng)加熱擬增殖劑金屬小球，模擬聚變堆固態(tài)包層球床內(nèi)高能中子沉積在增 殖劑小球內(nèi)的高功率密度核熱，其功率密度分布應(yīng)依據(jù)中子物理計(jì)算結(jié)果加載。
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK104122071SQ201410391127
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】汪衛(wèi)華, 鄧海飛, 江海燕, 馮開明, 韓佳佳, 王榮飛, 楊錦宏, 馬書炳, 儲(chǔ)德林, 潘保國(guó), 祁俊力 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍陸軍軍官學(xué)院