[發明專利]一種粉塵遷移實驗裝置與方法

有效

• 申請號: 201710448869.6
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107255607B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 周丹娜;灑榮園;朱志強;姜華磊;張朝東
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種粉塵遷移實驗裝置與方法，提供開展聚變堆失真空事故下空氣進入真空室過程中粉塵遷移實驗的平臺。實驗裝置包括粉塵進口、粉塵遷移室、支架、集塵薄膜、注氣系統、可視化系統等。在遷移室側壁有粉塵注入口，通過旋轉轉盤當遷移室壁面小孔和轉盤小孔對應時，將粉塵送入遷移室，通過擋板控制其方向使其進入遷移室底部。在粉塵進入遷移室后，在遷移室的右側壁設置有2個空氣進入口，空氣罐體與空壓機相連通過氣壓調節粉塵速率，采用粒子圖像測量裝置在線監測粉塵遷移狀態，結合內部布置的粉塵收集點，獲得粉塵遷移速率。

技術領域

本發明涉及粉塵遷移的技術領域，具體涉及一種粉塵遷移實驗裝置，能觀察聚變堆失真空事故下粉塵遷移研究。

背景技術

隨著化石能源的枯竭，人類面臨嚴重的能源危機。核聚變能由于優良的清潔、安全特性成為未來解決能源危機的主要選擇。在聚變堆運行期間，面向等離子體材料與等離子體相互作用如物理濺射、化學濺射、起泡和剝落等機理作用下產生大量的粉塵。在失真空事故下，空氣進入真空室引起粉塵遷移，粉塵遷移導致等離子破裂，在失真空事故下會發生粉塵爆炸，破壞反應堆結構，危害反應堆安全。粉塵廣泛存在于化工、食品、石油等各個領域，在氣流等條件下會發生遷移，因此開展粉塵遷移特性研究對保護反應堆安全及了解粉塵運動特性具有重要作用。該裝置方法不僅可以應用于反應堆安全，還可以應用于化工、食品、石油等領域內粉塵遷移及爆炸的預防。

發明內容

本發明要解決技術問題為：提供一種粉塵遷移實驗裝置，以在線研究粉塵遷移機理。

為解決上技術問題，本發明采用的技術方案是：一種粉塵遷移實驗裝置，包括粉塵遷移室、支架、集塵薄膜、注粉系統、注氣系統和粉塵遷移速度測量系統，所述注粉系統固定于粉塵遷移室右側邊，粉塵沿擋板進入粉塵遷移室，粉塵遷移室中心位置固定有支架，粉塵遷移室的右側壁面連接注氣系統，注氣系統包括風洞，風洞包括進氣段、紊流段，所述進氣段的進氣口為喇叭形狀，進氣口的小口徑端連接小口徑方管，再接大口徑圓管，實現氣體紊流，所述圓管和壓縮空氣入口連接，入口處設置氣體流量計，所述風洞將粉塵揚塵。

進一步的，所述粉塵遷移室內放置支架，支架為間隔排列結構，支架上中心位置放置吸附粉塵的薄膜，在壁面安裝靜態壓力傳感器，在容器壁面安裝有光學窗口，通過粒子速度成像裝置在線測量粉塵濃度。

進一步的，所述注粉系統包括窗注粉裝置，窗注粉裝置為可旋轉式圓盤，圓盤通過限位桿固定于遷移室壁面，所述限位部為開環的限位孔，該限位孔的數目為2個，且圓周均布在定位盤上，所述限位導桿處于一個限位孔內，旋轉圓盤使粉塵遷移室壁面小孔和注粉裝置的小孔對應時，通過外力將粉塵推入遷移室，注入完成后，轉動注粉裝置，使其密封，避免每次注粉需要打開粉塵遷移室，實現多次注粉的功能。

進一步的，所述注氣系統通過壓力調節空氣注入速率設有速率顯示屏幕，該速率顯示屏與電控裝置連接，電控裝置調節空氣注入壓力實現指定注入速率。

本發明還提供一種粉塵遷移實驗方法，該方法使用上述的一種粉塵遷移實驗裝置，該方法實現步驟如下：

1)將遷移室進行抽真空到指定壓力，采用外力將粉塵從存儲粉塵室壓到遷移室，將遷移室加熱到指定溫度。

2)壓縮氣體經過儲氣罐、流量計和閥門進入遷移室，通過壓力控制進氣速率。

3)通過粒子速度成像在線測量粉塵濃度，同時，實驗后通過光學顯微鏡等觀察薄膜上吸附的粉塵來對比獲得粉塵遷移速率。實驗完成后，將儲粉罐抽為真空，通過遷移室和儲粉罐的壓差來將粉塵排到儲粉罐，實現粉塵的有效重復利用。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)本發明特征在于通過空氣壓力調節粉塵速率，可以初步獲得注入壓力和注氣速率關系，通過實驗比較流量計和壓力間關系，掌握注入壓力和注氣速率的關系，在輸入條件時直接輸入噴粉速率，簡化實驗步驟。