聚变堆偏滤器极高热流密度下窄通道内翅片结构沸腾临界试验段

本发明涉及矩形窄缝通道内的沸腾临界特性试验，具体涉及聚变堆偏滤器极高热流密度下窄通道内翅片结构沸腾临界试验段。

背景技术：

1、偏滤器是国际热核聚变实验堆内的重要部件，位于真空室下方，是堆内控制杂质的系统，将来自等离子体的杂质离子流限制在偏滤器内并排出，需要承受等离子体破裂时带来的持续高热载，偏滤器靶板平均热流密度可达到10mw·m-2，瞬时热流密度可达到20mw·m-2。偏滤器作为聚变装置核心内部部件之一，在装置运行时，具备排热自冷却能力，极高的热流密度会使得偏滤器冷却管道内部的温度较高，导致冷却管道在过冷沸腾中会发生偏离核态沸腾现象，这将影响核聚变装置的工作安全性。基于矩形通道的超汽化结构可以强化偏滤器过冷沸腾传热性能，通过开展具体翅片结构尺寸在极高热流密度下的沸腾临界试验确定其换热性能，探索能够改善偏滤器换热性能的结构，提高聚变堆的安全稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供聚变堆偏滤器极高热流密度下窄通道内翅片结构沸腾临界试验段，为极高热流密度下矩形窄缝通道内的沸腾临界特性研究提供实验装置。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、聚变堆偏滤器极高热流密度下窄通道内翅片结构沸腾临界试验段，所述极高热流密度指的是预期临界热流密度至高可达到20mw·m-2；所述试验段采用直流电源单侧电加热，包括视窗玻璃压板1、压紧螺栓2、外侧玻璃视窗3、内侧玻璃视窗4、矩形窄缝流道5、上承压壳6、下承压壳7、流道出口8、出口电极组件9、进口电极组件10、流道入口11、inconel625加热板12及翅片结构13；

4、视窗玻璃压板1、压紧螺栓2、外侧玻璃视窗3、内侧玻璃视窗4共同构成可视化玻璃组件，布置在临近流道出口处，压紧螺栓2将可视化玻璃组件与上承压壳6相固定，外侧玻璃视窗3和内侧玻璃视窗4间设置有气隙，同时在靠近流道入口的内侧玻璃视窗4一角设置通孔与矩形窄缝流道5连接，通入工质，用于平衡气隙和矩形窄缝流道5两侧压力，使外侧玻璃视窗3满足承压要求，内侧玻璃视窗4满足承温要求；内侧玻璃视窗4两侧用螺栓固定于上承压壳6中，下部与矩形窄缝流道5直接接触；

5、矩形窄缝流道5设置在上承压壳6与inconel625加热板12之间，inconel625加热板12嵌于下承压壳7上侧，inconel625加热板12上部固定有翅片结构13作为流道壁面，inconel625加热板12与矩形窄缝流道5接触，对矩形窄缝流道5中的工质进行加热；流道入口11、流道出口8分布在下承压壳7中，分别与矩形窄缝流道5两端相连通，流道出入口设置有出入口腔室筒体，出入口腔室筒体的结构尺寸相同，减小试验段出入口效应；inconel625加热板12还开有用于测量inconel625加热板12温度的热电偶布置测温孔。

6、所述inconel625加热板12布置了九处热电偶测点，且在靠近流道出口8处增加了热电偶分布密度。

7、所述inconel625加热板12总体长170mm，宽40mm，厚度3mm，为工质提供至高为20mw·m-2的加热热流密度。

8、所述翅片结构13长20mm，宽3mm，高3mm，共有25个，间距为3mm，均匀分布在inconel625加热板12上部。

9、所述上承压壳6与下承压壳7为316l不锈钢壳体。

10、所述inconel625加热板12两端分别焊接有非加热区导电镍板，非加热区的设置使工质进入加热区时达到充分发展阶段。

11、所述出口电极组件9和进口电极组件10为导电铜柱，导电铜柱与inconel625加热板两侧焊接的镍板固定。

12、和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

13、1)视窗玻璃压板1、压紧螺栓2、外侧玻璃视窗3、内侧玻璃视窗4共同构成可视化玻璃组件，降低了试验对玻璃材质的要求，保证了试验的安全性。

14、2)在inconel625加热板12布置了九处热电偶测点，且在靠近流道出口8处增加了热电偶分布密度，从而提高了试验段出口处流体温度测量的精度，有利于沸腾临界发生的判定，提高了试验的安全性。

技术特征：

1.聚变堆偏滤器极高热流密度下窄通道内翅片结构沸腾临界试验段，其特征在于：所述极高热流密度指的是预期临界热流密度至高达到20mw·m-2；所述试验段采用直流电源单侧电加热，包括视窗玻璃压板(1)、压紧螺栓(2)、外侧玻璃视窗(3)、内侧玻璃视窗(4)、矩形窄缝流道(5)、上承压壳(6)、下承压壳(7)、流道出口(8)、出口电极组件(9)、进口电极组件(10)、流道入口(11)、inconel625加热板(12)及翅片结构(13)；

2.根据权利要求1所述的聚变堆偏滤器极高热流密度下窄通道内翅片结构沸腾临界试验段，其特征在于：所述inconel625加热板(12)布置了九处热电偶测点，且在靠近流道出口(8)处增加了热电偶分布密度。

3.根据权利要求1所述的聚变堆偏滤器极高热流密度下窄通道内翅片结构沸腾临界试验段，其特征在于：所述inconel625加热板(12)总体长170mm，宽40mm，厚度3mm，为工质提供至高为20mw·m-2的加热热流密度。

4.根据权利要求1所述的聚变堆偏滤器极高热流密度下窄通道内翅片结构沸腾临界试验段，其特征在于：所述翅片结构(13)长20mm，宽3mm，高3mm，共有25个，间距为3mm，均匀分布在inconel625加热板(12)上部。

5.根据权利要求1所述的聚变堆偏滤器极高热流密度下窄通道内翅片结构沸腾临界试验段，其特征在于：所述上承压壳(6)与下承压壳(7)为316l不锈钢壳体。

6.根据权利要求1所述的聚变堆偏滤器极高热流密度下窄通道内翅片结构沸腾临界试验段，其特征在于：所述inconel625加热板(12)两端分别焊接有非加热区导电镍板，非加热区的设置使工质进入加热区时达到充分发展阶段。

7.根据权利要求1所述的聚变堆偏滤器极高热流密度下窄通道内翅片结构沸腾临界试验段，其特征在于：所述出口电极组件(9)和进口电极组件(10)为导电铜柱，导电铜柱与inconel625加热板两侧焊接的镍板固定。

技术总结
本发明公开了聚变堆偏滤器极高热流密度下窄通道内翅片结构沸腾临界试验段，该试验段主体包括双层玻璃视窗、压紧螺栓、加热板组件、上下承压壳体、翅片结构、进口组件、出口组件、进口电极组件、出口电极组件、测温组件和测压组件。加热板与上承压壳之间组成矩形窄缝流道，翅片结构固定在加热板上方作为流道壁面，在接近出口处将玻璃内嵌于上承压壳中以提供可视化观测窗口。该试验段可以完成中低压极高热流密度条件下矩形窄缝通道内翅片结构的沸腾临界的可视化试验。

技术研发人员：张魁,杨一鸣,丁雯,田文喜,苏光辉,秋穗正
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16