[發(fā)明專(zhuān)利]一種高溫熔融金屬與水爆炸反應(yīng)的測(cè)試裝置及測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810062211.6
• 申請(qǐng)日: 2018-01-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108362735B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周寧;于巧燕;紀(jì)虹;呂孝飛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N25/54
• 分類(lèi)號(hào): G01N25/54
• 代理公司: 常州市英諾創(chuàng)信專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華

本發(fā)明涉及一種高溫熔融金屬與水爆炸反應(yīng)的測(cè)試裝置及測(cè)試方法，包括熔融爐、反應(yīng)槽、導(dǎo)流槽、導(dǎo)水管以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，導(dǎo)流槽傾斜設(shè)置在熔融爐與反應(yīng)槽之間，導(dǎo)水管出水端貼合于反應(yīng)槽上邊緣，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括：采集反應(yīng)槽周?chē)杂蓤?chǎng)溫度變化并將采集信號(hào)傳輸至溫度采集模塊的若干個(gè)熱電偶、采集反應(yīng)槽周?chē)臻g場(chǎng)壓力并將采集數(shù)據(jù)傳輸至高頻數(shù)據(jù)采集儀的自由場(chǎng)壓力傳感器。本發(fā)明可以更好地測(cè)得高溫熔融金屬與水反應(yīng)發(fā)生爆炸時(shí)周?chē)臻g場(chǎng)的溫度、壓力變化以及飛濺物的飛濺軌跡，并反應(yīng)爆炸對(duì)周?chē)h(huán)境及構(gòu)件的損壞程度，滿足進(jìn)行高溫熔融金屬進(jìn)入水中、或水進(jìn)入高溫熔融金屬的實(shí)驗(yàn)研究要求，操作簡(jiǎn)單且節(jié)約了空間和成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及冶金行業(yè)蒸汽爆炸技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種高溫熔融金屬與水爆炸反應(yīng)的測(cè)試裝置及測(cè)試方法。

背景技術(shù)

眾所周知，當(dāng)水與高溫熔融物接觸時(shí)，水會(huì)處于過(guò)熱狀態(tài)，或者是快速的熱傳遞而引起激烈的沸騰，最終導(dǎo)致蒸汽爆炸(物理爆炸)。蒸汽爆炸發(fā)生在很多行業(yè)中，如在核電站事故中，堆芯熔化后與水接觸產(chǎn)生蒸汽爆炸；在金屬熔煉過(guò)程中，高溫熔融金屬流入水的瞬間發(fā)生爆炸事故等。同樣的在自然界中也有可能發(fā)生蒸汽爆炸，如火山噴發(fā)出來(lái)的高溫巖漿流入河流中發(fā)生爆炸。在一定條件下，熔融物團(tuán)塊碎化成粉末狀顆粒，使得高溫介質(zhì)與低溫介質(zhì)的傳熱面積急劇增大，并且該過(guò)程在系統(tǒng)中迅速傳播，在極短時(shí)間內(nèi)引起整個(gè)系統(tǒng)的爆炸性膨脹。盡管蒸汽爆炸不產(chǎn)生火焰，但形成的沖擊波會(huì)對(duì)安全殼的完整性產(chǎn)生威脅，此外高溫熔融金屬與水反應(yīng)時(shí)噴濺出來(lái)的高溫液滴會(huì)引起周邊可燃物質(zhì)的燃燒，形成多米諾效應(yīng)，危及周?chē)Y(jié)構(gòu)物。

由于蒸汽爆炸是一個(gè)多相流作用過(guò)程，其影響因素眾多，過(guò)程較為復(fù)雜，涉及到多種熱物理現(xiàn)象，這些極端條件下熱工水力現(xiàn)象給研究者們帶來(lái)了極大的困難，被認(rèn)為是嚴(yán)重事故中不確定性最高的研究。盡管近些年許多研究機(jī)構(gòu)對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)和理論研究，且對(duì)整個(gè)過(guò)程的爆炸機(jī)理有了一定的了解，并取得了非常矚目的研究成果，但就蒸汽爆炸事故對(duì)于周?chē)镔|(zhì)產(chǎn)生的后果以及對(duì)周?chē)橘|(zhì)所產(chǎn)生的破壞和危害的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠；另外廣大學(xué)者在研究高溫熔融金屬進(jìn)入水中和水進(jìn)入高溫熔融金屬中的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)均是分別搭建的，不僅占用空間，而且需要兩套實(shí)驗(yàn)器材，耗時(shí)耗力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中之不足，本發(fā)明提供一種高溫熔融金屬與水爆炸反應(yīng)的測(cè)試裝置及測(cè)試方法，以實(shí)現(xiàn)高溫熔融金屬與水爆炸反應(yīng)時(shí)對(duì)周?chē)h(huán)境及構(gòu)件產(chǎn)生危害的研究，并通過(guò)該測(cè)試裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)高溫熔融金屬進(jìn)入水中和水進(jìn)入高溫熔融金屬中兩種工況的爆炸反應(yīng)測(cè)試。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種高溫熔融金屬與水爆炸反應(yīng)的測(cè)試裝置，整體置于將測(cè)試區(qū)域與周?chē)h(huán)境隔離的防護(hù)裝置內(nèi)，具有熔融爐、反應(yīng)槽、導(dǎo)流槽、導(dǎo)水管以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述的導(dǎo)流槽傾斜設(shè)置在熔融爐與反應(yīng)槽之間，導(dǎo)流槽高端位于熔融爐傾倒口下方，導(dǎo)流槽的低端位于反應(yīng)槽上方，所述的導(dǎo)水管進(jìn)水端連接水箱，導(dǎo)水管出水端貼合于反應(yīng)槽上邊緣，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括：采集反應(yīng)槽周?chē)杂蓤?chǎng)溫度變化并將采集信號(hào)傳輸至溫度采集模塊的若干個(gè)熱電偶、采集反應(yīng)槽周?chē)臻g場(chǎng)壓力并將采集數(shù)據(jù)傳輸至高頻數(shù)據(jù)采集儀的自由場(chǎng)壓力傳感器，所述熱電偶設(shè)在反應(yīng)槽四周，熱電偶旁設(shè)有配合熱電偶記錄空間場(chǎng)溫度分布及變化的紅外攝像儀，正對(duì)熱電偶的反應(yīng)槽一側(cè)設(shè)有收集反應(yīng)過(guò)程中飛濺物噴濺軌跡的標(biāo)靶、拍攝反應(yīng)過(guò)程中結(jié)構(gòu)變化以及飛濺物飛濺軌跡的高速攝影儀，所述的溫度采集模塊和高頻數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)網(wǎng)端接口連接對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理的計(jì)算機(jī)。

所述的防護(hù)裝置具有供實(shí)驗(yàn)人員出入的門(mén)，所述的門(mén)上設(shè)有可視窗口，便于實(shí)驗(yàn)人員觀察防護(hù)裝置內(nèi)部的測(cè)試狀況。

為防止熔融爐在傾倒高溫熔融金屬時(shí)發(fā)生晃動(dòng)和倒塌，所述的熔融爐通過(guò)支架固定在地面上，導(dǎo)流槽通過(guò)固定片固定在支架上。

具體說(shuō)，所述的反應(yīng)槽四周設(shè)有熱電偶支架，熱電偶安裝在熱電偶支架上且位于反應(yīng)槽水平位置上方，所述的熱電偶支架上布置有線槽，用于傳輸采集數(shù)據(jù)的傳輸線放置于線槽內(nèi)。

同時(shí)在所述的導(dǎo)水管上設(shè)有控制水流速度的自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)。