[發(fā)明專利]一種緩沖/回填材料導熱系數(shù)測定裝置及方法

有效

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• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN108693209B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 劉月妙;謝敬禮;曹勝飛;高玉峰
• 申請（專利權）人: 核工業(yè)北京地質研究院
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

本發(fā)明屬于高放廢物地質處置緩沖/回填材料導熱性能測試領域，具體涉及一種緩沖/回填材料導熱系數(shù)測定裝置及方法；本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術不足，提供一種獲得緩沖/回填材料的導熱性能，控制高放廢物罐中產生的衰變熱能的有效傳遞，為高放廢物深地質處置庫工程設計提供依據(jù)的緩沖/回填材料導熱系數(shù)測定裝置及方法；包括氣體加載裝置(1)、試驗箱體(2)、樣品架(3)、螺桿(4)、樣品(5)、測試探頭(6)、加熱器(7)、溫度傳感器(8)、氣體監(jiān)測探頭(9)、液體(10)、閥門A(11)、閥門B(12)及閥門C(13)。

技術領域

本發(fā)明屬于高放廢物地質處置緩沖/回填材料導熱性能測試領域，具體涉及一種緩沖/回填材料導熱系數(shù)測定裝置及方法。

背景技術

高放廢物深地質處置庫中的高放廢物釋熱將引起廢物體、包裝容器、緩沖材料和圍巖中溫度的升高，導致處置庫內緩沖/回填材料和圍巖產生應力變化及材料礦物成分和性能的改變。作為高放廢物衰變熱向處置庫圍巖傳遞的導體，緩沖/回填材料(膨潤土及其添加劑)的導熱性影響溫度場的形成和熱應力的分布，是廢物罐中產生的衰變熱能否有效傳遞的控制參數(shù)，也是處置庫溫度設計的重要依據(jù)。導熱系數(shù)是高放廢物處置系統(tǒng)設計的最關鍵參數(shù)之一，因此獲得緩沖/回填材料的導熱系數(shù)是非常重要的。

過去幾十年里，已經發(fā)展了大量的導熱測試方法與系統(tǒng)，但沒有一種方法能夠適合于所有的應用領域，對于特定的應用場合，也非所有方法都能適用。要得到準確的測量值，必須基于材料的導熱系數(shù)范圍與樣品特征，選擇正確的測試方法。根據(jù)緩沖/回填材料在高放廢物地質處置庫中的不同形態(tài)，對導熱系數(shù)測試方法和儀器進行了優(yōu)化選擇：較松散、含水量較低的樣品和粉末狀試樣，選用ISOMET導熱性能測量儀；含水量較高的樣品在測試過程中受熱的影響較大，容易造成水分的遷移而使測量結果不準確，選用基于瞬態(tài)平面熱源法的Hot Disk熱常數(shù)分析儀，來快速、準確的測定高飽和度試樣的導熱系數(shù)、熱擴散系數(shù)和比熱。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術不足，提供一種獲得緩沖/回填材料的導熱性能，控制高放廢物罐中產生的衰變熱能的有效傳遞，為高放廢物深地質處置庫工程設計提供依據(jù)的緩沖/回填材料導熱系數(shù)測定裝置及方法。

本發(fā)明的技術方案是：

一種緩沖/回填材料導熱系數(shù)測定裝置，包括氣體加載裝置、試驗箱體、樣品架、螺桿、樣品、測試探頭、加熱器、溫度傳感器、氣體監(jiān)測探頭、液體、閥門A、閥門B及閥門C；其中氣體加載裝置通過管路與試驗箱體相連通，管路靠近加載裝置一端設有閥門A，管路靠近試驗箱體一端設有閥門B，試驗箱體下端設有加熱器；試驗箱體內部內面上設有樣品架，兩個樣品上下放置于樣品架內部，測試探頭設于兩個樣品之間，螺桿穿過樣品架將樣品頂緊；所述溫度傳感器和氣體監(jiān)測探頭設于試驗箱體上部，箱體上還接有另一管路，所述閥門C設于該管路上。

一種緩沖/回填材料導熱系數(shù)測定方法，該方法基于上述的裝置實現(xiàn)，包括以下步驟：

步驟1、樣品制備

(1.1)按一定比例稱取膨潤土和添加劑的質量，采用噴霧法配制不同含水量的試驗樣品，并密封保存至少48小時，保證其均勻；

(1.2)按預定的干密度和體積，計算并稱量相應質量的膨潤土和添加劑的質量；

(1.3)將稱量好的膨潤土及添加劑裝入壓制模具，啟動壓力機進行樣品壓制，將脫模后的測試樣品記錄其質量和體積，迅速裝入密封袋中備用；

步驟2、樣品安裝

(2.1)將測試探頭6夾在兩個試驗樣品5中間，放入樣品架3，通過旋緊螺桿4使試驗樣品5與測試探頭6緊密接觸；

(2.2)將安裝好試樣的樣品架3放入試驗箱體2中，倒入液體10，并控制液面高度低于樣品架頂蓋的高度；

步驟3、樣品測試