熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，水箱主體用于冷卻劑的進出和盛儲，水箱主體外部設有熱電偶和壓力傳感器，水箱主體的壁面上還設有可視窗，可視窗與水箱主體之間密封設置；加熱裝置設置于水箱主體的內部，用于對水箱內部冷卻劑的加熱和控溫；提升機構與金屬收集盤相連接，用于控制金屬收集盤的提升和下降；金屬收集盤設置于水箱主體內部，用于試驗后金屬的收集和金屬顆粒大小的測量。本發明對水注入量進行改變，實現可視化，并對溫度和壓力進行實時采集以及實驗后金屬顆粒的收集和顆粒大小的測量。實驗過程中，可同時在四個方向對反應過程進行觀測，有助于對熔融金屬與冷卻劑相互作用類型和發生機理進行研究。
【專利說明】熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱
【技術領域】
[0001]本發明涉及熱工水力研究實驗研究【技術領域】，具體地，涉及一種用于進行熔融金屬與水相互作用實驗并對實驗過程進行同步觀察與測量的熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱。
【背景技術】
[0002]高溫難揮發性熔融物與低溫易揮發性冷卻劑相互作用產生爆炸破壞的現象可能發生在核反應堆嚴重堆芯熔化事故中、也可能發生在冶金工業煉鋼爐事故中。由于熔融物與冷卻劑相互作用可能引起巨大的經濟損失和環境破壞，所以這一復雜的物理現象是目前國際上安全研究領域里的一個重要研究對象。
[0003]通過熔融金屬與冷卻劑的相互作用可視化實驗，有助于對其相互作用發生機理和反應過程進行更深入的研究。但是由于熔融金屬的不透明性，以往的實驗水箱往往只能觀測到熔融金屬液面以上的相互作用過程。本裝置在熔融金屬與水相互作用過程中，可以同時對不透明的熔融金屬反應過程進行多方位觀測，并可根據實驗需求調整和保持水的溫度以及熔融金屬的落水高度，通過對動態壓力和溫度的實時采集，并通過高速攝像儀同步拍攝，有助于對水與熔融金屬相互作用類型和發生機理進行研究。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱。
[0005]本發明是通過一下技術方案實現的。
[0006]一種熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，包括水箱主體、加熱器、提升機構和金屬收集盤；其中:
[0007]-水箱主體:用于冷卻劑的進出和盛儲，所述水箱主體外部設有用于對反應過程中的溫度和壓力脈沖進行實時連續采集和監測的熱電偶和壓力傳感器，所述水箱主體的壁面上還設有用于觀察熔融物和冷卻劑反應的可視窗，所述可視窗與水箱主體之間密封設置；
[0008]-加熱裝置:設置于水箱主體的內部，用于對水箱內部冷卻劑的加熱和控溫；
[0009]-提升機構:與金屬收集盤相連接，用于控制金屬收集盤的提升和下降；
[0010]-金屬收集盤:設置于水箱主體內部，用于試驗后金屬的收集和金屬顆粒大小的測量。
[0011]優選地，所述水箱主體底部設有用于向水箱主體內部注水和排水的進出口三通水管，水箱主體上部敞口，用于保持水箱主體與大氣相通維持水箱主體內部常壓，水箱主體側壁開有用于放置熱電偶和壓力傳感器的溫度檢測孔和壓力檢測孔，加熱裝置設置于水箱主體內部的底部，可視窗設置于水箱主體的四面壁面上。
[0012]優選地，所述溫度檢測孔采用紫銅管與水箱主體側壁焊接密封，所述熱電偶安裝于紫銅管內并采用固體膠固定。
[0013]優選地，所述壓力檢測孔采用中通的紫銅管與水箱主體側壁焊接密封，所述紫銅管內壁加工有和壓力傳感器相適配的螺紋，所述壓力傳感器與紫銅管之間采用螺紋密封連接。
[0014]優選地，所述加熱裝置采用電加熱器，并通過螺紋連接固定在水箱主體的內側壁上。
[0015]優選地，進出口三通水管上設有閥門。
[0016]優選地，所述提升機構包括:滑輪、纜繩、電機和控制器，其中，所述滑輪固定于水箱主體的頂部邊緣，纜繩通過滑輪分別連接金屬收集盤和電機，所述控制器與電機相連接。
[0017]優選地，所述可視窗采用螺栓連接密封和/或塑料密封條壓緊密封。
[0018]優選地，所述金屬收集盤底部呈方形，分為四個小格子區域，四個小格子區域分別被濾網覆蓋；在金屬收集盤與提升裝置連接處對應的兩個邊上分別安裝有吊環和手把，用于提升機構對金屬收集盤進行控制以及在金屬收集盤到達水箱主體上部時，通過手把將金屬收集盤取出。
[0019]優選地，所述水箱主體的底部設有用于與外部升降臺連接的安裝孔。
[0020]與現有技術相比，本發明具有以下技術特點:
[0021]1、在熔融金屬與冷卻劑相互作用過程中，可以同時對不透明的熔融金屬四周的反應過程進行觀測，并能夠測量反應過程中的相關參數和熔融金屬冷卻后的形態和大小，有助于對熔融金屬與冷卻劑相互作用的機理研究；
[0022]2、可根據實驗需求調整和保持水的溫度，控制實驗水箱的升降高度，實現從大量連續熔融液柱到到熔融物小球的轉變，改變熔融物的下落高度，從而更好的理解水與熔融金屬相互作用規律；
[0023]3、還可以進行其他冷態調試實驗，實現不同密度的介質之間相互作用的熱工水力和物理特性研究。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0025]圖1為本發明的整體示意圖；
[0026]圖2為金屬收集盤示意圖；
[0027]圖3為水箱主體外壁以及加熱裝置安裝圖；
[0028]圖4為滑輪安裝示意圖；
[0029]圖5為水箱主體底部進出水口示意圖；
[0030]圖中:1為加熱裝置，2為熱電偶和壓力傳感器，3為可視窗，4為水箱主體，5為纜繩固定器，6為纜繩，7為滑輪，8為密封墊，9為金屬收集盤，10為冷卻劑，11為提升機構。
【具體實施方式】
[0031]下面對本發明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。
[0032]請同時參閱圖1至圖5。
[0033]本實施例提供了一種熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，包括水箱主體、加熱器、提升機構以及金屬收集盤，其中，所述水箱主體的底部設有水管段，并與水管段連接為一整體，水管段上接一個三通管，可以根據實驗的過程實現進水和出水；三通管上設有閥門，通過調節三通管上的閥門以達到實驗所需水的注水量。水箱主體頂部是敞口的，保持水箱主體與大氣相通維持水箱主體內部常壓,水箱主體內有加熱裝置,水箱主體側壁面上有若干個溫度測點和壓力測點；側壁面上的溫度測點是通過在不銹鋼壁面上打孔，然后采用紫銅焊接密封，熱電偶則安裝在紫銅孔內，未與水箱內部的冷卻劑液體接觸。壓力測點是通過紫銅管焊接在不銹鋼孔內，然后按照壓力傳感器的螺紋尺寸，在紫銅管內壁上加工出和壓力傳感器相符合的螺紋進行擰緊密封。在水箱前后左右四個壁面上安裝石英玻璃可視窗，實驗過程可直接進行拍攝水箱內部的反應。該水箱主體內部配套還有一個金屬收集器，呈方形，在底部分為四個格子區域，每個區域用金屬濾網覆蓋，能夠實現金屬的收集，上部對應的兩邊有兩個手把，便于手提。水箱主體底座上和敞口的不銹鋼邊緣都裝有滑輪，方便電機將金屬收集器按要求提升至水箱上部。
[0034]水箱主體，用于實驗用水的進出和盛儲，所述水箱主體外部設有用于對反應過程中的溫度和壓力脈沖進行實時連續采集和監測的熱電偶和壓力傳感器，所述水箱主體的壁面上還設有用于觀察熔融物和冷卻劑反應的可視窗，所述可視窗與水箱主體之間密封設置；
[0035]加熱裝置，可以采用電加熱器，設施在水箱主體內部下端，用于對水箱內部水的加熱和控溫；
[0036]提升機構:包括:滑輪、纜繩、電機和控制器，其中，所述滑輪固定于水箱主體的頂部邊緣，纜繩通過滑輪分別連接金屬收集盤和電機，所述控制器與電機相連接；
[0037]金屬收集盤:由金屬濾網和手把構成，用于試驗后金屬的收集和后續的金屬顆粒大小的測量，其中，所述加熱水箱頂蓋處設開有注水口用于向水箱注水，同時保持水箱與大氣相通維持水箱常壓，水箱側內壁開有溫度檢測孔，水箱內設有加熱裝置；所述溫度檢測孔內設有熱電偶，采用密封膠密封；所述加熱裝置為電加熱器，采用螺紋連接固定在水箱側壁面，加熱功率可調節。
[0038]具體為，
[0039]如圖1所示，本實施例提供的熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，其整體能夠隨著升降臺上下運動，滿足實驗中需要改變熔融金屬下落高度的實驗要求。
[0040]包括加熱裝置1、水箱主體4、提升機構11和金屬收集盤9。加熱裝置I將水箱主體4中盛裝的冷卻劑加熱后，從上面釋放落入的熔融金屬與冷卻劑相互作用時，可以透過可視窗3進行高速拍攝，同時熱電偶和壓力傳感器2可以對反應過程中的溫度和壓力脈沖進行實時連續的采集和監測。冷卻成為固態金屬后，堆積于金屬收集盤9中，通過提升機構11將金屬收集盤9中的金屬顆粒提升上來并取出進行相關檢測。
[0041]在實驗開始前可以通過調節可加熱器I的功率，保持水箱內盛裝的冷卻劑10為一穩定的溫度，可以通過熱電偶對冷卻劑的溫度進行實時監測。當熔融金屬釋放的瞬間可以觸發高速攝像儀工作，透過可視窗3可以進行全方位的拍攝，同時壓力傳感器也同步采集水箱主體4的壓力脈沖。實驗完成后，熔融金屬堆積在金屬收集盤9中，通過控制提升機構11的電機，通過纜繩6繞過滑輪7從而實現金屬收集盤9的提升，最后將冷卻后的金屬顆粒取出。
[0042]如圖2所示，金屬收集盤9底部呈方形，分為四個小格子區域，分別被濾網覆蓋，便于金屬顆粒的收集。另外，在金屬收集盤9對應的兩個邊上安裝有吊環和手把，便于提升機構11通過滑輪7對金屬收集盤9進行提升，在金屬收集盤9到達水箱主體4的上部時，可以抓住手把將金屬收集盤9取出。
[0043]如圖3所示，通過調節加熱裝置I的功率對水箱中冷卻劑10進行加熱。另外，水箱主體4的底部有四個安裝孔，可以與升降臺連接，通過升降臺的升降，可以實現熔融金屬在不同的高度落入冷卻劑10中。玻璃可視窗3是通過螺栓連接，對水箱主體4中的冷卻劑10進行密封，防止泄露，實現實驗過程的可視化。
[0044]如圖4所示，水箱主體4的上邊緣安裝有滑輪7，提升機構11通過纜繩6連接到金屬收集盤9，實現遠程提升。
[0045]如圖5所示，水箱主體底部設有加熱裝置I和進出水孔，用于調節冷卻劑10的溫
度和進出量。
[0046]本實施例提供的熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，是一種可視化實驗水箱，用于觀測熔融金屬注入水后相互作用動態過程。包括水箱主體、加熱器、提升機構和金屬收集盤，水箱主體與底部水管段連接為一整體，水管上接一個三通管，可以根據實驗的過程實現進水和出水；通過調節三通管上的閥門以達到實驗所需水的注水量。水箱頂部是敞口的，保持水箱與大氣相通維持水箱常壓，水箱內有加熱器，壁面上有若干個溫度測點和壓力測點；壁面上的溫度測點是通過在不銹鋼壁面上打孔，然后采用紫銅焊接密封，熱電偶測溫頭則安裝在紫銅孔內，未與水箱內部的冷卻劑液體接觸。壓力測點是通過紫銅管焊接在不銹鋼孔內，然后按照壓力傳感器的螺紋尺寸，在紫銅管內壁上加工出和壓力傳感器相符合的螺紋進行擰緊密封。在水箱前后左右四個壁面上安裝石英玻璃可視窗，實驗過程中可直接進行拍攝水箱內部的反應。該水箱配套還有一個金屬收集器，呈方形，在底部分為四個格子區域，每個區域用金屬濾網覆蓋，能夠實現金屬的收集，上部對應的兩邊有兩個手把和兩個吊環，便于在電機將金屬盤提升到水箱頂部時，用手將金屬盤提出水箱外。水箱底座上和敞口的不銹鋼邊緣都裝有滑輪，方便電機將金屬收集器按要求提升至水箱上部。本裝置提供一種能對水溫進行控制調節，對水注入量進行改變，可實現大量的熔融物與不同溫度冷卻劑相互作用時可視化研究，并能對其中的溫度和壓力進行實時采集以及實驗后金屬顆粒的收集和金屬顆粒大小的測量的實驗水箱。利用本實驗水箱，在熔融金屬與冷卻劑相互作用過程中，可以同時在四個方向對反應過程進行觀測，有助于對熔融金屬與冷卻劑相互作用類型和發生機理進行研究。
[0047]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
【權利要求】
1.一種熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，其特征在于，包括水箱主體、加熱器、提升機構和金屬收集盤；其中: -水箱主體:用于冷卻劑的進出和盛儲，所述水箱主體外部設有用于對反應過程中的溫度和壓力脈沖進行實時連續的采集和監測的熱電偶和壓力傳感器，所述水箱主體壁面上還設有用于觀察熔融物和冷卻劑反應的可視窗，所述可視窗與水箱主體之間密封設置； -加熱裝置:設置于水箱主體的內部，用于對水箱內部冷卻劑的加熱和控溫； -提升機構:與金屬收集盤相連接，用于控制金屬收集盤的提升和下降； -金屬收集盤:設置于水箱主體內部，用于試驗后金屬的收集和金屬顆粒大小的測量。
2.根據權利要求1所述的熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，其特征在于，所述水箱主體底部設有用于向水箱主體內部注水和排水的進出口三通水管，水箱主體上部敞口，用于保持水箱主體與大氣相通維持水箱主體內部常壓,水箱主體側壁開有用于放置熱電偶和壓力傳感器的溫度檢測孔和壓力檢測孔，加熱裝置設置于水箱主體內部的底部，可視窗設置于水箱主體的四面壁面上。
3.根據權利要求2所述的熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，其特征在于，所述溫度檢測孔采用紫銅管與水箱主體側壁焊接密封，所述熱電偶安裝于紫銅管內并固定。
4.根據權利要求2所述的熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，其特征在于，所述壓力檢測孔采用中通的紫銅管與水箱主體側壁焊接密封，所述紫銅管內壁加工有和壓力傳感器相適配的螺紋，所述壓力傳感器與紫銅管之間采用螺紋密封連接。
5.根據權利要求2所述的熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，其特征在于，所述加熱裝置采用電加熱器，并通過螺紋連接固定在水箱主體的內側壁上。
6.根據權利要求1所述的熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，其特征在于，進出口三通水管上設有閥門。
7.根據權利要求1所述的熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，其特征在于，所述提升機構包括:滑輪、纜繩、電機和控制器，其中，所述滑輪固定于水箱主體的頂部邊緣，纜繩通過滑輪分別連接金屬收集盤和電機，所述控制器與電機相連接。
8.根據權利要求1所述的熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，其特征在于，所述可視窗采用螺栓連接密封和/或塑料密封條壓緊密封。
9.根據權利要求1所述的熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，其特征在于，所述金屬收集盤底部呈方形，分為四個小格子區域，四個小格子區域分別被濾網覆蓋；在金屬收集盤與提升裝置連接處對應的兩個邊上分別安裝有吊環和手把，用于提升機構對金屬收集盤進行控制以及在金屬收集盤到達水箱主體上部時，通過手把將金屬收集盤取出。
10.根據權利要求1所述的熔融物與冷卻劑相互作用相關熱工水力研究實驗水箱，其特征在于，所述水箱主體的底部設有用于與外部升降臺連接的安裝孔。
【文檔編號】G01N33/00GK103913544SQ201410100848
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】林蔭, 張榮金, 周源, 鐘明君, 李延凱, 李治剛, 楊燕華 申請人:上海交通大學