专利名称：液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置的制作方法
液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置
技术领域：
本发明属于液态金属钠实验装置技术领域，具体涉及一种应用于液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置。
背景技术：
液态金属钠是快中子反应堆首选的冷却剂材料，其沸腾两相流动换热特性对于钠冷快中子反应堆的安全运行以及事故工况的预测分析具有重要意义。为了准确客观的获得液态金属钠沸腾两相流动换热特性的数据，相应的实验装置是必须的。由于液态金属钠沸点高(常压下接近900°C)，化学性质非常活泼，因此相应实验装置在耐高温及密封性能的要求非常高。 液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置基本工作原理是当液态金属钠流经该实验装置时，由其内电加热元件进行加热直至沸腾发生。同时通过布置在电加热元件外壁面以及流到中的热电偶采集相应位置的温度，通过流道进出口压差传感器采集流动压降，通过压力表读取沸腾发生时系统绝对压力等数据。由得到的数据对液态金属钠沸腾两相流动换热特性进行分析研究。例如，中国专利ZL201120227659. 2提供了一种水蒸气蒸馏实验装置，它由装样品的上瓶、产生水蒸气的下瓶、I型三通、球型冷凝管、弯头、直型冷凝管、接液管、安全管和接液瓶组成。特点是上瓶体积的1/8 2/3嵌入下瓶，上下瓶由上瓶的底壁隔开，并通过外置y型三通联接型三通的第一个端口连接下瓶的上半部分导出水蒸气，y型三通的第二个端口连接一根10° 80°角的弯管直接插入上瓶的样品中导入水蒸气，进行水蒸气蒸馏，y型三通的第三个端口装有阀门，并与球型冷凝管连接。优点是y型三通能灵活地将水蒸气导入样品或放空，但不会外泄，操作方便，安全性高；蒸馏过程中可直接往下瓶加水，蒸馏效率高；上下瓶共用一个热源，结构简单，可防止上瓶积水，热效率高。该专利缺少对于压力以及温度进行测量的功能，且制造材料无法在液态金属钠沸腾时的高温环境下安全使用，因此不适用于液态金属钠沸腾两相流体流动换热特性实验。
发明内容本发明的目的就是克服上述现有技术的缺点，提供了一种即能够保证高温条件下正常使用及密封性能，又可以实现对液态金属钠沸腾两相流动过程中温度，压力等物理量进行准确测量的液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置。本发明的目的是通过以下技术方案实现的—种液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置，包括下部联箱、实验段外管道、上部膨胀箱和电加热元件；实验段外管道上端与上部膨胀箱底面中心孔焊接连接，实验段外管道下端与下部联箱顶面中心孔焊接连接；下部联箱底面中心孔焊接有电加热元件外套管；电加热元件由电加热元件外套管下侧插入，依次穿过下部联箱、实验段外管道，直至上部膨胀箱底部中心孔处；上部膨胀箱顶面焊接有液位探针接管、压力表接管以及气路接管；上部膨胀箱侧面焊接有第一热电偶套管、第一压力引管及液态金属钠出口接管；下部联箱侧面焊接有第二压力引管、第二热电偶套管以及液态金属钠进口接管。本发明进一步的改进在于电加热元件与电加热元件外套管底部通过卡套密封连接。本发明进一步的改进在于电加热元件在实验段外管道进出口处分别采用三个角度间隔为120°的支撑点定位，使电加热元件与实验段外管道同心设置。本发明进一步的改进在于所述电加热元件外套管和液位探针接管均带有散热翅片。本发明进一步的改进在于所述下部联箱、实验段外管道和上部膨胀箱的材质均为 Incoloy800。本发明具有以下优点和有益效果 I.液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置采用高温钢制造，可以在高温下工作，满足液态金属钠沸腾两相流动换热实验的要求；2.液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置各部分管道之间采用焊接连接，有很好的密封性，保证液态金属钠沸腾两相流动换热实验安全进行；3.液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置电加热元件下部采用卡套与带散热翅片的外套管连接，液态金属钠在此处因温度降低而凝固实现自封，且卡套具有良好密封性，达到双重密，效果良好，保证液态金属钠沸腾两相流动换热实验安全进行；4.电加热元件与实验段外管道之间采用三点式精确定位，可以保证同心度，提高了实验数据的可靠性；5.液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置在特定位置装配有若干压力引管，热电偶套管以及液位探针接管，可以实现对压力，温度，液位等数据的有效测量，为研究液态金属钠沸腾两相流动换热特性提供保障。总之，本装置可以在高温下使用，密封性良好并且可以有效测量液态金属钠沸腾两相流动过程中压力，温度等关键参数。适合装配于液态金属钠回路中对液态金属钠沸腾两相流动换热特性进行分析研究。
图Ia为本发明组装后的整体结构示意图；图Ib为上部膨胀箱底部中心孔处的局部放大图；图Ic为下部联箱顶面中心孔处的局部放大图；图2a为本发明上部膨胀箱结构示意图；图2b为图2a的俯视示意图；图3a为本发明下部联箱结构示意图；图3b为图3a的俯视示意图；图4为本发明三点式固定结构示意图。其中1为电加热元件引线端；2为电加热元件；3为电加热元件外套管；4为热电偶套管；5为下部联箱；6为压力引管；7为实验段外管道；8为壁温热电偶；9为热电偶套管；10为压力引管；11为上部膨胀箱；12为液位探针接管；13为压力表接管；14为气路接管；15为液态金属钠出口接管；16为液态金属钠进口接管；17为支撑点。
具体实施方式
请参阅图Ia至图4所示，本发明一种液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置，包括下部联箱5、实验段外管道7、上部膨胀箱11、电加热元件2、压力引管(6、10)、热电偶套管(4、9)、液位探针接管12和气路接管14。本发明液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置，材料为Incoloy800，可以在1200°C下正常使用。结合图Ia至图lc，实验段外管道7外壁面布置若干测温热电偶8 ;实验段外管道7上端与上部膨胀箱11底面中心孔焊接连接，实验段外管道7下端与下部联箱5顶面中心孔焊接连接；下部联箱5底面中心孔焊接带散热翅片的电加热元件外套管3 ;电加热元件2由电加热元件外套管3下侧插入，依次穿过下部联箱5，实验段外管道7，直至上部膨胀箱11底部中心孔处。结合图2a和图2b，上部膨胀箱11顶面焊接带散热翅片的液位探针接管12，压力表接管13以及气路接管14 ;上部膨胀箱11侧面焊接热电偶套管9，压力引管10及液态金属钠出口接管15。 结合图3a和图3b，下部联箱5侧面焊接压力引管6，热电偶套管4以及液态金属钠进口接管16 ;电加热元件2与电加热元件外套管3底部通过卡套连接保证密封。结合图4，电加热元件2在实验段外管道7进出口处分别采用三个角度间隔为120°的支撑点17定位，保证与外管道的同心度。实验进行前准备工作将本发明所述实验装置与液态金属钠回路进行连接，使得液态金属钠由液态金属钠进口接管16流入，由液态金属钠出口接管15流出；在液位探针接管12内安装适用于液态金属钠的液位探针；压力表接管13上安装压力表；压力引管6和压力引管10之间连接相应的压差传感器；热电偶套管4与热电偶套管9内分别插入高温热电偶并用卡套密封；连接液位探针，热电偶，压差传感器等测量装置的信号引线；电加热元件引线I与系统电源连接；下部联箱5，实验段外管道7，上部膨胀箱11均包裹保温材料。实验进行时液态金属钠由实验回路预热装置升温至所需入口温度，在回路电磁泵驱动下由液态金属钠进口接管16流入下部联箱5并在此进行整流，经过电加热元件2与实验段外管道7所形成的环形通道被电加热元件2加热直至沸腾发生，然后进入上部膨胀箱11，钠蒸汽在上部膨胀箱11内被冷却凝结后，由液态金属钠出口接管15流出该实验装置。在实验过程中，温度通过实验装置上的各热电偶信号读取，压降及压力通过压差传感器及压力表读取，液位通过液位探针测量，流速通过回路流量计读取。实验完成后可以通过实验得到的各温度，压力，压差，流速等数据对液态金属钠沸腾两相流动换热特性进行分析研究。经过在某液态金属钠实验回路中安装并进行使用，证明该实验装置可以满足对液态金属钠沸腾两相流动换热特性进行分析研究的要求。该装置耐高温，密封性能良好，使用方便，数据合理可靠。因此本发明非常适合实验用液态金属钠回路内装配并用于液态金属钠沸腾两相流动换热特性分析研究工作。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式
仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
权利要求
1.一种液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置，其特征在于，包括下部联箱(5)、实验段外管道(7)、上部膨胀箱(11)和电加热元件(2 );实验段外管道(7 )上端与上部膨胀箱(11)底面中心孔焊接连接，实验段外管道(7)下端与下部联箱(5)顶面中心孔焊接连接；下部联箱(5 )底面中心孔焊接有电加热元件外套管(3 );电加热元件(2 )由电加热元件外套管(3)下侧插入，依次穿过下部联箱(5)、实验段外管道(7)，直至上部膨胀箱(11)底部中心孔处；上部膨胀箱(11)顶面焊接有液位探针接管(12)、压力表接管(13)以及气路接管(14);上部膨胀箱(11)侧面焊接有第一热电偶套管(9)、第一压力引管(10)及液态金属钠出口接管(15);下部联箱(5)侧面焊接有第二压力引管(6)、第二热电偶套管(4)以及液态金属钠进口接管(16)。
2.根据权利要求I所述的液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置，其特征在于，电加热元件(2)与电加热元件外套管(3)底部通过卡套密封连接。
3.根据权利要求I所述的液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置，其特征在于，电加热元件(2)在实验段外管道(7)进出口处分别采用三个角度间隔为120°的支撑点(17 )定位，使电加热元件(2 )与实验段外管道(7 )同心设置。
4.根据权利要求I所述的液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置，其特征在于，所述电加热元件外套管(3)和液位探针接管(12)均带有散热翅片。
5.根据权利要求I所述的液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置，其特征在于，所述下部联箱(5)、实验段外管道(7)和上部膨胀箱(11)的材质均为IncoloySOO。
全文摘要
本发明公开一种液态金属钠沸腾两相流动换热特性实验装置，实验段外管道上端与上部膨胀箱底面中心孔焊接连接，实验段外管道下端与下部联箱顶面中心孔焊接连接；下部联箱底面中心孔焊接有电加热元件外套管；电加热元件由电加热元件外套管下侧插入，依次穿过下部联箱、实验段外管道，直至上部膨胀箱底部中心孔处；上部膨胀箱顶面焊接有液位探针接管、压力表接管以及气路接管；上部膨胀箱侧面焊接有第一热电偶套管、第一压力引管及液态金属钠出口接管；下部联箱侧面焊接有第二压力引管、第二热电偶套管以及液态金属钠进口接管。本装置可以在高温下使用，密封性良好并且可以有效测量液态金属钠沸腾两相流动过程中压力，温度等关键参数。
文档编号G01N25/20GK102890100SQ20121038107
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月10日 优先权日2012年10月10日
发明者秋穗正, 巫英伟, 仇子铖, 苏光辉, 田文喜 申请人:西安交通大学