[發(fā)明專利]一種強磁場下液態(tài)金屬管道流磁流體壓降測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410764117.7
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN104458108A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟孜;朱志強;周濤;倪木一
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G01L13/06
• 分類號: G01L13/06
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;賈玉忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液態(tài)金屬壓降測量技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種強磁場下的液態(tài)金屬管道流磁流體壓降測量方法。

背景技術(shù)

壓降測量是熱工水力測量中的重要內(nèi)容。在磁約束聚變堆中，液態(tài)金屬包層處于強磁場環(huán)境中，其流動呈現(xiàn)特殊的磁流體(MHD)效應(yīng)，其中MHD壓降是其中最重要的MHD效應(yīng)。在強磁場作用下，流動的液態(tài)金屬切割磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流在磁場作用下形成Lorentz力，阻礙流體流動，形成MHD壓降。該壓降根據(jù)磁場強度的強弱，會比普通管道流動壓降大10～100倍，對其的準(zhǔn)確測量是液態(tài)金屬包層熱工水力研究的核心內(nèi)容之一。

液態(tài)金屬包層的壓降測量技術(shù)要求滿足下面三個特征：

(1)耐高溫：測量液態(tài)介質(zhì)的溫度>300℃；

(2)耐腐蝕：測量的介質(zhì)為液態(tài)金屬合金，有一定腐蝕性；

(3)抗磁場：要求壓力(差壓)計的工作環(huán)境為強磁場>2T；

常規(guī)的高溫液態(tài)金屬壓降測量技術(shù)采用壓力傳感器，測量管道上具體兩點之間的壓差△P。高溫液態(tài)金屬接觸耐高溫耐腐蝕膜片(一般為鋼材質(zhì))，壓力使其變形，膜片變形通過不可壓縮介質(zhì)(如硅油)將壓力傳遞給壓力傳感器。力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器等。

常用的這種壓力傳感器測量方式工作溫度<300℃，所以測量高溫液態(tài)金屬時，需要用引壓管導(dǎo)出來降溫后進行測量。使用引壓管，侵入流體，對流體有擾動，且引壓管內(nèi)的靜止流體與主管道中的流動流體之間有電流，在磁場作用下形成局部壓降差，給壓降測量帶來誤差。長期使用時，膜片接觸高溫液態(tài)金屬，其受腐蝕后的變形性能和精度都有下降。且停止運行期間，可能有部分液態(tài)金屬凝固在膜片上，時間較長影響其形變精度。

發(fā)明內(nèi)容

為了彌補現(xiàn)有壓力傳感器計在高溫液態(tài)金屬強磁場環(huán)境下的不足之處，本發(fā)明提供一種新型液態(tài)金屬壓降測量技術(shù)，具體為一種強磁場下液態(tài)金屬管道流磁流體壓降測量方法，該方法不侵入流體進行測量，不干擾流體流動，可承受超高溫流體，測量方便簡單。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種強磁場下液態(tài)金屬管道流磁流體壓降測量方法，包括磁場發(fā)生器、一對電勢探針、信號引線、伏特計，液態(tài)金屬在鋼管內(nèi)流動，磁場方向垂直于流動方向，則在鋼管的兩側(cè)將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在鋼管兩側(cè)安裝電勢探針測量電勢差，電勢差信號依次通過電勢探針、信號引線，傳輸?shù)椒赜嫞赜嬜x取的電勢差數(shù)據(jù)，經(jīng)過理論計算轉(zhuǎn)換為此段管道的壓力梯度數(shù)據(jù)或其他相關(guān)流場數(shù)據(jù)。

進一步的，所述的電勢探針對稱焊接在金屬管道平行于磁場的兩側(cè)外壁上，且探針的材質(zhì)與管道材質(zhì)相同，以避免不同材質(zhì)之間的熱電勢干擾電勢差信號。

進一步的，所述的電勢探針的外端連接信號引線，信號引線材質(zhì)也保持和所述的電極探針材質(zhì)相同，以避免不同材料之間的熱電勢干擾。

進一步的，兩根信號引線末端連接伏特計，伏特計為高精度伏特計，該高精度伏特計測量精度毫伏級。

進一步的，所述的電勢差數(shù)據(jù)經(jīng)過理論計算轉(zhuǎn)換為該段管道的壓力梯度信號，電勢差數(shù)據(jù)獲得后，根據(jù)具體管道的電勢差與壓力梯度關(guān)系式可獲得壓力梯度信息，當(dāng)管道為圓管時的計算公式如下：

▿p=BLσw▿φK1(D2d-1)/(2D)]]>

式中：——感應(yīng)電動勢，V；

K₁——端部分流效應(yīng)，其大小通常取0.33～0.357；

σ_w——壁面導(dǎo)電率，S/m；

B——磁場強度，T；

L——直管道長度，m；

d——管道內(nèi)徑，m；

D——管道外徑，m。