專利名稱:液態金屬鈉沸騰兩相熱工水力實驗回路系統及其實驗方法
液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統及其實驗方法
技術領域：
本發明屬于工程熱物理與能源利用學科領域，特別涉及一種液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統。
背景技木
液態金屬鈉是快中子反應堆首選的冷卻劑材料，其沸騰兩相流動換熱特性對于鈉冷快中子反應堆的安全運行以及事故エ況的預測分析具有重要意義。為了準確客觀的獲得液態金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性的數據，必須建立相應的實驗回路裝置。由于液態金屬鈉沸點高(常壓下接近900°C)，化學性質非常活潑，因此相應實驗回路在耐高溫及密封性能的要求非常高。
例如，中國專利公布第CN101807441A號提供了ー種高溫鈉熱對流試驗回路，包括主回路系統，儲鈉罐，進鈉排鈉系統，覆蓋氣體浄化及真空系統，取樣箱和溫控系統，它既能排放回路中雜質含量較高的鈉，又能灌裝純度較高的新鈉；既保持回路的氣密性又使得氣相試驗空間操作通道全口徑暢通，能同時進行鈉及鈉蒸氣的腐蝕試驗；取樣箱能始終在氬氣保護氣氛下完成試樣的取放操作而不受空氣污染。但是，該回路主要是為了測試鈉在高溫環境下運行時雜質進入后的腐蝕特性，對于流量，壓カ等物理量缺少相應的控制和檢測手段，無法完成對于液態金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性的分析研究。
又如，中國專利申請201110175944. 9提供了一種液態金屬鈉熱エ水力實驗回路系統，該回路系統包括灌鈉系統、回路本體、真空系統、氬氣系統及手套箱；其中灌鈉系統包括熔鈉罐、鈉過濾器；回路本體主要包括儲鈉罐、泵箱、主電磁泵、輔電磁泵、預熱器、試驗段、散熱器、校驗筒和冷阱；手套箱主要包括鈉取樣化驗裝置。該系統可以實現灌鈉操作；液態金屬鈉換熱流動特性的分析；液態金屬鈉在線浄化；電磁流量計的標定；液態金屬鈉的取樣分析及檢測等多項功能。但是，該發明所述回路是為研究液態金屬鈉單相流動換熱特性而設計的，回路最高允許運行溫度低于600°C，低于液態金屬鈉沸騰溫度，因此不適合用于液態金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性的分析研究。
發明內容
本發明的目的在于提供一種液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統，以彌補上述技術的不足，實現對液態金屬鈉沸騰兩相流動換熱特性的分析研究。
為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案
—種液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統，包括高溫部分、低溫部分和氬氣支路；其中，
低溫部分包括儲鈉罐、電磁泵和浄化冷阱；
高溫部分包括再生加熱器、預熱器、試驗段和上部膨脹箱；
氬氣支路包括氬氣瓶、膨脹穩壓箱和真空泵；
儲鈉罐出鈉管道從儲鈉罐頂部伸出后延伸至第一三通點，儲鈉罐出鈉管道上焊接第一鈉閥；電磁泵出口管道經第二鈉閥與第一三通點相連，第一三通點與再生加熱器殼側入ロ通過管道連接，再生加熱器殼側出ロ與預熱器入ロ相連，預熱器出ロ與試驗段入ロ相連，試驗段出ロ與上部膨脹箱焊接連接，上部膨脹箱出ロ與再生加熱器管側入口相連，再生加熱器管側出口管道延伸至第二三通點，而后與電磁泵入口管道相連構成回路；電磁泵進出ロ之間并聯泵旁路，通過其上的第三鈉閥進行調節；第一三通點與第二三通點之間設置浄化冷阱，由第四鈉閥進行調節；氬氣瓶通過第三氣閥與儲鈉罐相連，通過第六氣閥與上部膨脹箱相連；真空泵通過第九鈉閥與膨脹穩壓箱相連，膨脹穩壓箱通過第十氣閥與上部膨脹箱相連。
本發明進一步的改進在于儲鈉罐與上部膨脹箱內分別設置第一液位探針與第二液位探針。
本發明進一步的改進在于儲鈉罐、上部膨脹箱以及膨脹穩壓箱上分別裝配壓カ表以及相應排氣閥。
本發明進一步的改進在于連接第一三通點與再生加熱器殼側入口的管道上設有電磁流量計。
本發明進一步的改進在于所述低溫部分的材質為316L不銹鋼。
本發明進一步的改進在于所述高溫部分的材質為Incoloy800。
本發明進一步的改進在于儲鈉罐出鈉管道一端延伸至距離距儲鈉罐底部150mm處。
基于液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統的實驗方法，包括以下步驟
回路充鈉
回路啟動前，回路所有氣閥，鈉閥處于關閉狀態；先對儲鈉罐內固態金屬鈉進行預熱，待溫度提升至200°C ;然后對回路各部分管道進行預熱，使回路低溫部分及高溫部分均達到200°C至300°C之間；三個壓カ表分別通過第一氣閥、第五氣閥以及第七氣閥連通儲鈉罐、上部膨脹箱以及膨脹穩壓箱；打開第一氣閥、第五氣閥以及第七氣閥從而可以通過壓カ表分別觀察儲鈉罐、上部膨脹箱以及膨脹穩壓箱內壓カ；打開所有第一鈉閥、第二鈉閥、第三鈉閥和第四鈉閥，使回路低溫部分與高溫部分聯通；上部膨脹箱上連通有第四氣閥，打開第三氣閥通過氬氣瓶向儲鈉罐內充入氬氣進行加壓，同時打開第四氣閥為上部膨脹箱排氣，將液態金屬鈉由儲鈉罐壓入整個回路；待上部膨脹箱內液態鈉到達預定液位時關閉第ー鈉閥停止壓鈉；關閉第三氣閥以及第四氣閥完成回路充鈉；
回路啟動與運行
開啟電磁泵，使回路內液態金屬鈉在電磁泵的驅動下循環流動；通過調節第四鈉閥控制冷阱所在支路的流量，通過調節第三鈉閥及第ニ鈉閥控制電磁泵出口流量，從而調節流經試驗段的液態鈉流速，連接第一三通點與再生加熱器殼側入口的管道上設有電磁流量計，由電磁流量計進行觀測液態鈉流速；通過提升預熱器電加熱功率來提升回路高溫部分液態金屬鈉溫度，直至試驗段進ロ溫度達到試驗要求溫度；
進行試驗
打開第九氣閥、第十氣閥，開啟真空泵為膨脹穩壓箱及上部膨脹箱抽真空；保持試驗段內流速、壓カ和溫度，然后調節試驗段內電加熱元件功率直至沸騰兩相流動出現，采集試驗所得數據；[0025]回路關閉
試驗數據采集完畢后，關閉真空泵，關閉第十氣閥；降低回路各部分加熱功率，待回路內液態金屬鈉溫度降低至300°C時，關閉電磁泵，打開第六氣閥為上部膨脹箱充入氬氣加壓，同時打開第二氣閥為儲鈉罐降壓，從而使回路內液態金屬鈉流回儲鈉罐；所述第二氣閥連通所述儲鈉罐；待金屬鈉全部流回儲鈉罐后，關閉回路各部分電加熱設備及所有閥門。
基于液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統的實驗方法，包括以下步驟
回路充鈉
回路啟動前，回路所有氣閥，鈉閥處于關閉狀態；先對儲鈉罐內固態金屬鈉進行預熱，待溫度提升至200°C ;然后對回路各部分管道進行預熱，使回路低溫部分及高溫部分均達到200°C至300°C之間；三個壓カ表分別通過第一氣閥、第五氣閥以及第七氣閥連通儲鈉罐、上部膨脹箱以及膨脹穩壓箱；打開第一氣閥、第五氣閥以及第七氣閥從而可以通過壓カ表分別觀察儲鈉罐、上部膨脹箱以及膨脹穩壓箱內壓カ；打開所有第一鈉閥、第二鈉閥、第三鈉閥和第四鈉閥，使回路低溫部分與高溫部分聯通；上部膨脹箱上連通有第四氣閥，打開第三氣閥通過氬氣瓶向儲鈉罐內充入氬氣進行加壓，同時打開第四氣閥為上部膨脹箱排氣，將液態金屬鈉由儲鈉罐壓入整個回路；待上部膨脹箱內液態鈉到達預定液位時關閉第ー鈉閥停止壓鈉；關閉第三氣閥以及第四氣閥完成回路充鈉；
回路啟動與運行
開啟電磁泵，使回路內液態金屬鈉在電磁泵的驅動下循環流動；通過調節第四鈉閥控制冷阱所在支路的流量，通過調節第三鈉閥及第ニ鈉閥控制電磁泵出口流量，從而調節流經試驗段的液態鈉流速，連接第一三通點與再生加熱器殼側入口的管道上設有電磁流量計，由電磁流量計進行觀測液態鈉流速；通過提升預熱器電加熱功率來提升回路高溫部分液態金屬鈉溫度，直至試驗段進ロ溫度達到試驗要求溫度；
進行試驗
開啟第九氣閥、第十氣閥，啟動真空泵對膨脹穩壓箱和上部膨脹箱抽真空；抽真空后關閉第九氣閥與真空泵；打開第六氣閥，通過氬氣瓶向上部膨脹箱充入氬氣，待達到所需壓カ后，調節試驗段電加熱元件功率，直至沸騰兩相流動出現，采集試驗所得數據；
回路關閉
試驗數據采集完畢后，關閉真空泵，關閉第十氣閥；降低回路各部分加熱功率，待回路內液態金屬鈉溫度降低至300°C時，關閉電磁泵，打開第六氣閥為上部膨脹箱充入氬氣加壓，同時打開第二氣閥為儲鈉罐降壓，從而使回路內液態金屬鈉流回儲鈉罐；所述第二氣閥連通所述儲鈉罐；待金屬鈉全部流回儲鈉罐后，關閉回路各部分電加熱設備及所有閥門。
相對于現有技術，本發明具有以下優點
I、回路高溫部分可以達到1200°C的運行溫度，完全可以達到液態金屬鈉沸騰兩相試驗的要求；
2、回路各部分之間采取氬弧焊焊接，可以保證整體密封性，可以達到液態金屬鈉沸騰兩相試驗的要求；
3、通過加裝不同試驗段和數據采集系統實現對液態金屬鈉沸騰兩相換熱流動特性進行分析研究。
通過回路系統建成后的運行情況證明，回路可以很好的完成以上各項功能，可以實現液態金屬鈉沸騰兩相換熱流動特性實驗研究。
圖I是本發明總體結構示意圖。其中1為気氣瓶；2為儲鈉罐；3為電磁泵；4為凈化冷阱；5為電磁流量計；6為再生加熱器；7為預熱器；8為試驗段；9為上部膨脹箱；10為膨脹穩壓箱；11為真空泵；1_1為第一鈉閥；1-2為第二鈉閥；1-3為第二鈉閥；1-4為第四鈉閥；2_1為第一氣閥；2_2為第ニ氣閥；2-3為第三氣閥；2-4為第四氣閥；2-5為第五氣閥；2-6為第六氣閥；2_7為第七氣閥；2-8為第八氣閥；2-9為第九氣閥；2-10為第十氣閥；3-1為儲鈉罐液位探針；3_2為上部膨脹箱液位探針。
具體實施方式
本發明液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統分為三部分高溫部分，低溫部分，氬氣支路。其中低溫部分包括儲鈉罐2，電磁泵3，浄化冷阱4，電磁流量計5，4個鈉閥以及相應連接管道，該部分均由316L不銹鋼制造，允許運行溫度上限為400°C (取決于電磁泵3允許運行溫度)；高溫部分包括再生加熱器6，預熱器7，試驗段8，上部膨脹箱9以及相應連接管道，該部分由Incoloy800制造，允許運行溫度達到1200°C ;氬氣支路包括氬氣瓶1，膨脹穩壓箱10，真空泵11，3個壓カ表，10個真空隔膜閥以及相應連接管道。
回路構成如下
儲鈉罐2出鈉管道從距儲鈉罐2底部150mm處開始，由儲鈉罐2頂部伸出后延伸至三通點A，出鈉管道上焊接第一鈉閥1-1。電磁泵3出ロ管道經第二鈉閥1-2與三通點A相連，三通點A與再生加熱器6殼側入ロ通過管道連接，其上布置電磁流量計5，再生加熱器6殼側出口與預熱器7入口相連，預熱器7出口與試驗段8入口相連，試驗段8出口與上部膨脹箱9焊接連接，上部膨脹箱9出ロ與再生加熱器6管側入口相連，再生加熱器6管側出ロ管道延伸至三通點B，而后與電磁泵3入口管道相連構成回路。電磁泵3進出ロ之間并聯泵旁路，通過其上的第三鈉閥1-3進行調節；三通點A與B之間設置浄化冷阱4，由第四鈉閥1-4進行調節。氬氣瓶I通過第三氣閥2-3與儲鈉罐2相連，通過第六氣閥2-6與上部膨脹箱9相連；真空泵11通過第九鈉閥2-9與膨脹穩壓箱10相連，膨脹穩壓箱10通過第十氣閥2-10與上部膨脹箱9相連。儲鈉罐2與上部膨脹箱9內分別設置液位探針3-1與3-2。儲鈉罐2，上部膨脹箱9以及膨脹穩壓箱10上分別裝配壓カ表以及相應排氣閥。
下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作詳細說明。
本部分結合圖1，介紹本發明的兩個實施例，分別為負壓下液態金屬鈉沸騰兩相換熱流動特性試驗以及特定壓カ下液態金屬鈉沸騰兩相換熱流動特性試驗。
(一)負壓下液態金屬鈉沸騰兩相換熱流動特性試驗
結合圖1，介紹本發明的第一個實施例，負壓下液態金屬鈉沸騰兩相換熱流動特性試驗。該實驗分為回路充鈉，回路啟動與運行，進行試驗，回路關閉四個步驟。
回路充鈉
由圖I所示，回路啟動前，確保回路所有氣閥，鈉閥處于關閉狀態。先對儲鈉罐2內固態金屬鈉進行預熱，待溫度提升至200°C左右，認為液態鈉達到進入回路的要求。然后
8對回路各部分管道進行預熱，使回路低溫部分及高溫部分均達到200°C至300°C之間，達到液態金屬鈉流動所需溫度。打開第一氣閥2-1，第五氣閥2-5以及第七氣閥2-7從而可以通過壓カ表分別觀察儲鈉罐2，上部膨脹箱9以及膨脹穩壓箱10內壓力。打開所有鈉閥1-1，1-2，1-3和1-4，使回路低溫部分與高溫部分聯通。打開第三氣閥2-3通過氬氣瓶I向儲鈉罐2內緩慢充入氬氣進行加壓，同時打開第四氣閥2-4為上部膨脹箱9排氣，從而使儲鈉罐2與上部膨脹箱9之間保持相對穩定的壓差，將液態金屬鈉以較穩定的速度由儲鈉罐2壓入整個回路。待上部膨脹箱9內液位探針3-2低液位指示燈亮起時進ー步減慢壓鈉速度，待上部膨脹箱9內液位探針3-2高液位指示燈亮起時關閉第一鈉閥1-1停止壓鈉。關閉第三氣閥2-3以及第四氣閥2-4完成回路充鈉。
回路啟動與運行
由圖I所示，開啟電磁泵3，使回路內液態金屬鈉在電磁泵3的驅動下循環流動。通過調節第四鈉閥1-4控制冷阱4所在支路的流量，通過調節第三鈉閥1-3及第ニ鈉閥1-2控制電磁泵3出ロ流量，從而調節流經試驗段8的液態鈉流速，由電磁流量計5進行觀測。通過緩慢提升預熱器7電加熱功率來提升回路高溫部分液態金屬鈉溫度，直至試驗段8進ロ溫度達到試驗要求溫度。
進行試驗
由圖I所示，打開第九氣閥2-9，第十氣閥2-10，開啟真空泵11為膨脹穩壓箱10及上部膨脹箱9抽真空，使其真空度達到所需要求。保持試驗段8內流速，壓力，溫度等參數，然后調節試驗段8內電加熱元件功率直至沸騰兩相流動出現，采集試驗所得數據。
回路關閉
由圖I所示，試驗數據采集完畢后，關閉真空泵11，關閉第十氣閥2-10。緩慢降低回路各部分加熱功率，待回路內液態金屬鈉溫度降低至300°C左右時，關閉電磁泵3，打開第六氣閥2-6為上部膨脹箱9充入氬氣加壓，同時打開第二氣閥2-2為儲鈉罐2降壓，從而使回路內液態金屬鈉流回儲鈉罐2。待金屬鈉全部流回儲鈉罐2后，關閉回路各部分電加熱設備及鈉閥，氣閥。至此，負壓下液態金屬鈉沸騰兩相換熱流動特性試驗進行完畢。
(ニ)特定壓カ下液態金屬鈉沸騰兩相換熱流動特性試驗
特定壓カ下液態金屬鈉沸騰兩相換熱流動特性試驗與負壓下液態金屬鈉沸騰兩相換熱流動特性試驗過程基本相似，其回路充鈉，回路啟動與運行，回路關閉三個步驟操作方式完全相同。僅進行試驗時操作方式存在差別，現僅對進行試驗的步驟進行描述。
回路啟動與運行后，首先開啟第九氣閥2-9，第十氣閥2-10，啟動真空泵11對膨脹穩壓箱10和上部膨脹箱9抽真空。抽真空后關閉第九氣閥2-9與真空泵11。打開第六氣閥2-6，通過氬氣瓶I向上部膨脹箱9充入氬氣，該過程中第六鈉閥2-6開度需進行控制，使系統壓カ緩慢變化，以達到盡可能精確的控制。待達到所需壓カ后，調節試驗段8電加熱元件功率，直至沸騰兩相流動出現，采集試驗所得數據。該過程中膨脹穩壓箱10起到穩壓作用。待試驗參數采集完畢，進行回路關閉操作，至此，特定壓カ下液態金屬鈉沸騰兩相換熱流動特性試驗進行完畢。
經系統回路使用和運行證明，該回路設計合理，運行安全，可以完成負壓下液態金屬鈉沸騰兩相換熱流動特性試驗以及特定壓カ下液態金屬鈉沸騰兩相換熱流動特性試驗。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進ー步詳細說明，不能認定本發明的具體實施方式
僅限于此，對于本發明所屬技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發明由所提交的權利要求
書確定專利保護范圍。
權利要求
1.一種液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統，其特征在于，包括高溫部分、低溫部分和氬氣支路；其中， 低溫部分包括儲鈉罐(2)、電磁泵(3)和浄化冷阱(4)； 高溫部分包括再生加熱器(6)、預熱器(7)、試驗段(8)和上部膨脹箱(9); 氬氣支路包括氬氣瓶(I)、膨脹穩壓箱(10 )和真空泵(11); 儲鈉罐(2)出鈉管道從儲鈉罐(2)頂部伸出后延伸至第一三通點(A)，儲鈉罐(2)出鈉管道上焊接第一鈉閥(1-1);電磁泵(3)出口管道經第二鈉閥(1-2)與第一三通點(A)相連，第一三通點(A)與再生加熱器(6)殼側入口通過管道連接，再生加熱器(6)殼側出口與預熱器(7)入口相連，預熱器(7)出口與試驗段(8)入口相連，試驗段(8)出口與上部膨脹箱(9)焊接連接，上部膨脹箱(9)出口與再生加熱器(6)管側入口相連，再生加熱器(6)管側出口管道延伸至第二三通點(B)，而后與電磁泵(3)入口管道相連構成回路；電磁泵(3)進出口之間并聯泵旁路，通過其上的第三鈉閥(1-3)進行調節；第一三通點(A)與第二三通點(B)之間設置浄化冷阱(4)，由第四鈉閥(1-4)進行調節；氬氣瓶(I)通過第三氣閥(2-3)與儲鈉罐(2 )相連，通過第六氣閥(2-6 )與上部膨脹箱(9 )相連；真空泵(11)通過第九鈉閥(2-9 )與膨脹穩壓箱(10)相連，膨脹穩壓箱(10)通過第十氣閥(2-10)與上部膨脹箱(9)相連。
2.根據權利要求
I所述的液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統，其特征在干，儲鈉罐(2)與上部膨脹箱(9)內分別設置第一液位探針(3-1)與第二液位探針(3-2)。
3.根據權利要求
I所述的液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統，其特征在干，儲鈉罐(2)、上部膨脹箱(9)以及膨脹穩壓箱(10)上分別裝配壓カ表以及相應排氣閥。
4.根據權利要求
I所述的液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統，其特征在干，連接第一三通點(A)與再生加熱器(6 )殼側入口的管道上設有電磁流量計(5 )。
5.根據權利要求
I所述的液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統，其特征在干，所述低溫部分的材質為316L不銹鋼。
6.根據權利要求
I所述的液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統，其特征在干，所述高溫部分的材質為Incoloy800。
7.根據權利要求
I所述的液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統，其特征在干，儲鈉罐(2)出鈉管道一端延伸至距離距儲鈉罐(2)底部150mm處。
8.基于權利要求
I所述的液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統的實驗方法，其特征在于，包括以下步驟 (O回路充鈉 回路啟動前，回路所有氣閥，鈉閥處于關閉狀態；先對儲鈉罐(2)內固態金屬鈉進行預熱，待溫度提升至200°C ;然后對回路各部分管道進行預熱，使回路低溫部分及高溫部分均達到200°C至300°C之間；三個壓カ表分別通過第一氣閥(2-1)、第五氣閥(2-5)以及第七氣閥(2-7)連通儲鈉罐(2)、上部膨脹箱(9)以及膨脹穩壓箱(10);打開第一氣閥(2-1)、第五氣閥(2-5)以及第七氣閥(2-7)從而可以通過壓カ表分別觀察儲鈉罐(2)、上部膨脹箱(9)以及膨脹穩壓箱(10)內壓カ；打開所有第一鈉閥(1-1)、第二鈉閥(1-2)、第三鈉閥(1-3)和第四鈉閥(1-4)，使回路低溫部分與高溫部分聯通；上部膨脹箱(9)上連通有第四氣閥(2-4),打開第三氣閥(2-3)通過氬氣瓶(I)向儲鈉罐(2)內充入氬氣進行加壓，同時打開第四氣閥(2-4)為上部膨脹箱(9)排氣，將液態金屬鈉由儲鈉罐(2)壓入整個回路；待上部膨脹箱(9)內液態鈉到達預定液位時關閉第一鈉閥(1-1)停止壓鈉；關閉第三氣閥(2-3)以及第四氣閥(2-4)完成回路充鈉； (2)回路啟動與運行 開啟電磁泵(3)，使回路內液態金屬鈉在電磁泵(3)的驅動下循環流動；通過調節第四鈉閥(1-4)控制冷阱(4)所在支路的流量，通過調節第三鈉閥(1-3)及第ニ鈉閥(1-2)控制電磁泵(3)出口流量，從而調節流經試驗段(8)的液態鈉流速，連接第一三通點(A)與再生加熱器(6)殼側入ロ的管道上設有電磁流量計(5)，由電磁流量計(5)進行觀測液態鈉流速；通過提升預熱器(7)電加熱功率來提升回路高溫部分液態金屬鈉溫度，直至試驗段(8)進ロ溫度達到試驗要求溫度； (3)進行試驗 打開第九氣閥(2-9)、第十氣閥(2-10)，開啟真空泵(11)為膨脹穩壓箱(10)及上部膨脹箱(9)抽真空；保持試驗段(8)內流速、壓カ和溫度，然后調節試驗段(8)內電加熱元件功率直至沸騰兩相流動出現，采集試驗所得數據； (4)回路關閉 試驗數據采集完畢后，關閉真空泵(11)，關閉第十氣閥(2-10);降低回路各部分加熱功率，待回路內液態金屬鈉溫度降低至300°C時，關閉電磁泵(3)，打開第六氣閥(2-6)為上部膨脹箱(9)充入氬氣加壓，同時打開第二氣閥(2-2)為儲鈉罐(2)降壓，從而使回路內液態金屬鈉流回儲鈉罐(2);所述第二氣閥(2-2)連通所述儲鈉罐(2);待金屬鈉全部流回儲鈉罐(2)后，關閉回路各部分電加熱設備及所有閥門。
9.基于權利要求
I所述的液態金屬鈉沸騰兩相熱エ水力實驗回路系統的實驗方法，其特征在于，包括以下步驟 (O回路充鈉 回路啟動前，回路所有氣閥，鈉閥處于關閉狀態；先對儲鈉罐(2)內固態金屬鈉進行預熱，待溫度提升至200°C ;然后對回路各部分管道進行預熱，使回路低溫部分及高溫部分均達到200°C至300°C之間；三個壓カ表分別通過第一氣閥(2-1)、第五氣閥(2-5)以及第七氣閥(2-7)連通儲鈉罐(2)、上部膨脹箱(9)以及膨脹穩壓箱(10);打開第一氣閥(2-1)、第五氣閥(2-5)以及第七氣閥(2-7)從而可以通過壓カ表分別觀察儲鈉罐(2)、上部膨脹箱(9)以及膨脹穩壓箱(10)內壓カ；打開所有第一鈉閥(1-1)、第二鈉閥(1-2)、第三鈉閥(1-3)和第四鈉閥(1-4)，使回路低溫部分與高溫部分聯通；上部膨脹箱(9)上連通有第四氣閥(2-4),打開第三氣閥(2-3)通過氬氣瓶(I)向儲鈉罐(2)內充入氬氣進行加壓，同時打開第四氣閥(2-4)為上部膨脹箱(9)排氣，將液態金屬鈉由儲鈉罐(2)壓入整個回路；待上部膨脹箱(9)內液態鈉到達預定液位時關閉第一鈉閥(1-1)停止壓鈉；關閉第三氣閥(2-3)以及第四氣閥(2-4)完成回路充鈉； (2)回路啟動與運行 開啟電磁泵(3)，使回路內液態金屬鈉在電磁泵(3)的驅動下循環流動；通過調節第四鈉閥(1-4)控制冷阱(4)所在支路的流量，通過調節第三鈉閥(1-3)及第ニ鈉閥(1-2)控制電磁泵(3)出口流量，從而調節流經試驗段(8)的液態鈉流速，連接第一三通點(A)與再生加熱器(6)殼側入ロ的管道上設有電磁流量計(5)，由電磁流量計(5)進行觀測液態鈉流速；通過提升預熱器(7)電加熱功率來提升回路高溫部分液態金屬鈉溫度，直至試驗段(8)進ロ溫度達到試驗要求溫度； (3)進行試驗 開啟第九氣閥(2-9)、第十氣閥(2-10)，啟動真空泵(11)對膨脹穩壓箱(10)和上部膨脹箱(9)抽真空；抽真空后關閉第九氣閥(2-9)與真空泵(11);打開第六氣閥(2-6)，通過氬氣瓶(I)向上部膨脹箱(9)充入氬氣，待達到所需壓カ后，調節試驗段(8)電加熱元件功率，直至沸騰兩相流動出現，采集試驗所得數據； (4)回路關閉 試驗數據采集完畢后，關閉真空泵(11)，關閉第十氣閥(2-10);降低回路各部分加熱功率，待回路內液態金屬鈉溫度降低至300°C時，關閉電磁泵(3)，打開第六氣閥(2-6)為上部膨脹箱(9)充入氬氣加壓，同時打開第二氣閥(2-2)為儲鈉罐(2)降壓，從而使回路內液態金屬鈉流回儲鈉罐(2);所述第二氣閥(2-2)連通所述儲鈉罐(2);待金屬鈉全部流回儲鈉罐(2)后，關閉回路各部分電加熱設備及所有閥門。
專利摘要
本發明公開了一種液態金屬鈉沸騰兩相熱工水力實驗回路系統及其實驗方法，本回路系統分為三部分高溫部分，低溫部分，氬氣支路；其中低溫部分包括儲鈉罐，電磁泵，電磁流量計，凈化冷阱，4個鈉閥以及相應連接管道，該部分均由316L不銹鋼制造；高溫部分包括再生加熱器，預熱器，試驗段，上部膨脹箱以及相應連接管道，該部分由Incoloy800制造，允許運行溫度達到1200℃；氬氣支路包括氬氣瓶，膨脹穩壓箱，真空泵，3個壓力表，10個真空隔膜閥以及相應連接管道。該系統適合在高溫下運行，密封性能良好，通過加裝不同試驗段和數據采集系統可以實現對液態金屬鈉沸騰兩相換熱流動特性進行分析研究。
文檔編號G21C17/025GKCN102915777SQ201210381288
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月10日
發明者秋穗正, 巫英偉, 仇子鋮, 蘇光輝, 田文喜 申請人:西安交通大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan