一种切片式液态重金属自然循环装置的制作方法

本发明属于液态金属反应堆热工水力学研究领域，涉及到液态重金属流动与传热特性研究领域，具体涉及一种切片式液态重金属自然循环装置，可为第四代铅基冷却反应堆结构设计验证提供实验数据，积累工程技术经验。

背景技术：
近年来，液态重金属合金(Pb、PbBi)因其具有独特的中子学性能、传热能力及特有的安全性成为世界上第四代核能反应堆的候选选冷却剂之一，因此很多国家都在致力于液态重金属冷却剂的热工水力特性研究，并为此相继建立了各类液态重金属热工水力回路实验装置，开展液态重金属相关的流动与传热研究，为第四代核能系统的设计和验证提供热工水力数据与技术支持。根据文献调研与分析，世界上大部分液态重金属回路均采用圆形管路作为平台的主体结构。如韩国HELIOS回路、意大利NACIE回路和瑞典TALL回路等均为圆形管道式结构设计。在这些装置上只能获得管线方向上的温度及流量数据信息，且圆管尺寸直径相对较小，不能从总体上对反应堆堆芯真实发生的热工水力现象进行全局实验模拟和验证。为了能够便于开展液态重金属反应堆热工水力特性验证实验，深入研究液态重金属冷却剂在堆内的流动特性，本文所述装置通过采用矩形切片式方盒设计对反应堆堆芯本体结构进行简化和模拟，在降低研制成本的同时确保获得比圆管式自然循环回路更为丰富的、贴近真实反应堆运行工况的复杂流场信息，可对反应堆内部液态重金属流场进行定性的模拟和验证性研究，该装置能够应用于核工业技术研发和基础科研领域，尤其是热工水力学系统分析软件与模拟软件的验证，具有重要工程价值。

技术实现要素：
本发明的技术目的：本发明提供的一种切片式液态重金属自然循环装置，其主体结构采用矩形切片式框架，将换热器、加热组件等模拟反应堆的关键构建包含在一个整体盒式体系内。具备自然循环、气举增强循环运行功能，可以对液态重金属反应堆的运行工况进行模拟验证，对反应堆非能动自然循环能力进行研究，获得热源与冷源换热特性实验数据及两者之间上腔室与下腔室中的液态重金属冷却剂温度场与流速场分布。本发明的技术方案：一种切片式液态重金属自然循环装置，其特征在于所述装置包括：存储箱1，液位计2，气路管3，排充管4，排充阀5，矩形回路主体6，插入式热电偶7，换热器8，膨胀箱9，液位计10，气路管11，气举管12，上折流板13，文丘里流量计14，加热组件15，下折流板16；存储箱1位于装置下方存储液态重金属，装配有液位计2与气路管3；排充阀5位于存储箱1与矩形回路主体6之间的排充管4上；插入式热电偶7均布在矩形回路主体6表面，探测液态重金属温度场；换热器8与加热组件15分别位于矩形回路主体6中的上部与下部；膨胀箱9在装置最上端，装配有液位计10和气路管11；气举管12固定在膨胀箱9的法兰上；折流板13与折流板16位于矩形回路主体6中的上部和下部；文丘里流量计14位于加热组件15的上端，用于流量测量。所述的一种切片式液态重金属自然循环装置，其特征在于：所述矩形回路主体6为矩形切片式方盒，通过插入式热电偶7测量液态重金属在矩形回路主体6中全局性温度分布参数，定性研究反应堆堆芯流动特性。所述的一种切片式液态重金属自然循环装置，其特征在于：所述矩形回路主体6中设计有可拆卸的折流板13和折流板14，对液态重金属流场起到辅助增强流动作用，模拟研究反应堆上腔室与下腔室的温度场与流速场分布。所述的一种切片式液态重金属自然循环装置，其特征在于：所述文丘里流量计14位于加热组件15上端，保证测量液态重金属流量的前提下不破坏加热组件15的进出口流场环境，确保数据准确。本发明的优点在于：比常规圆管式结构的液态重金属回路能全面的对液态重金属反应堆的运行工况进行实验模拟验证研究，获得更为全面的流场与温度场信息更，通过简化实验装置揭示液态重金属反应堆运行工况下冷却剂流动特性。同时，可为系统程序模拟软件的验证提供丰富的实验数据。附图说明图1为一种切片式液态重金属自然循环装置透视图；图2为一种切片式液态重金属自然循环装置外观图；图3为一种切片式液态重金属自然循环装置剖视图；图中：存储箱1，液位计2，气路管3，排充管4，排充阀5，矩形回路主体6，插入式热电偶7，换热器8，膨胀箱9，液位计10，气路管11，气举管12，上折流板13，文丘里流量计14，加热组件15，下折流板16。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。如图1所示，本发明的一种切片式液态重金属自然循环装置，该装置包括：存储箱1，液位计2，气路管3，排充管4，排充阀5，矩形回路主体6，插入式热电偶7，换热器8，膨胀箱9，液位计10，气路管11，气举管12，上折流板13，文丘里流量计14，加热组件15，下折流板16；存储箱1位于装置下方存储液态重金属，装配有液位计2与气路管3；排充阀5位于存储箱1与矩形回路主体6之间的排充管4上；插入式热电偶7均布在矩形回路主体6表面，探测液态重金属温度场；换热器8与加热组件15分别位于矩形回路主体6中的上部与下部；膨胀箱9在装置最上端，装配有液位计10和气路管11；气举管12固定在膨胀箱9的法兰上；折流板13与折流板16位于矩形回路主体6中的上部和下部；文丘里流量计14位于加热组件15的上端，用于流量测量。所述矩形回路主体6为矩形切片式方盒，通过插入式热电偶7测量液态重金属在矩形回路主体6中全局性温度分布参数，定性研究反应堆堆芯流动特性，热电偶的数目可以根据实际需求增加和减少。所述矩形回路主体6中设计有可拆卸的折流板13和折流板14，对液态重金属流场起到辅助增强流动作用，模拟研究反应堆上腔室与下腔室的温度场与流速场分布，根据实际需求可以改变折流板的形状和大小及分布。所述文丘里流量计14位于加热组件15上端，保证测量液态重金属流量的前提下不破坏加热组件15的进出口流场环境，确保数据准确。本发明的工作过程如下：1)整个装置处于加热保温及氩气保护状态，存储箱1中装载有液态重金属；2)打开气路管3充入氩气，将存储箱1中的液态重金属压入装置，同时，通过气路管道11排出保护气体，保证液态重金属能够进入装置中；3)液位计10指示信号触发表明液态重金属充满装置，关闭排充阀门5防止返流，关闭所有的气路管3、气路管11、气举管12；4)设定加热组件15的加热功率进行加热；5)设定换热器8的换热功率值进行换热；6)记录文丘里流量计14及插入式热电偶7的数值；记录均匀布置在装置上的插入式温度计9温度参数；7)根据实验需求打开气举管12充入气体开展气举增强循环实验，同时需要打开气路管11进行排气；8)运行测试或实验完成后，停止加热系统与冷却系统，打开排充阀5将液态铅铋流入存储箱1。本发明说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。