[發明專利]一種金屬材料高溫氧化模擬實驗裝置及實驗方法

在審

• 申請號: 202010027870.3
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111189769A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 陳德奇;鄧堅;董克堅;劉漢周;吳丹;陳明鏡
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 北京魚爪知識產權代理有限公司 11754
• 代理人: 周雪峰

本發明提供一種金屬材料高溫氧化模擬實驗裝置及實驗方法，涉及實驗器材技術領域。該金屬材料高溫氧化模擬實驗裝置能提高金屬材料高溫氧化模擬實驗結果的全面性與可靠性，對實際工作指導意義較大。其主要包括相互連通的實驗單元與進氣單元。實驗單元包括反應部，金屬材料放在反應部內，反應部提供氧化空間。進氣單元通過噴嘴與反應部連通，進氣單元向反應部提供水蒸汽。噴嘴分別與反應部、進氣單元可拆卸連接，用戶可以方便地對噴嘴進行更換。噴嘴設有出氣口。一種實驗方法，其主要利用上述的金屬材料高溫氧化模擬實驗裝置進行實驗。該實驗方法能夠更全面地模擬出金屬材料在高溫水蒸汽環境下的氧化過程，實驗結果的全面性與可靠性較高。

技術領域

本發明涉及實驗器材領域，具體而言，涉及一種金屬材料高溫氧化模擬實驗裝置及實驗方法。

背景技術

長期處于高溫水蒸汽環境中工作的金屬材料，會受到氧化腐蝕，產生損傷，對整體裝置的正常運行造成較大影響。例如，鍋爐在運行中，經常會出現受熱面管道爆漏事故，安全隱患較大，經濟損失較高。又例如，核反應堆運行時，燃料棒表面在反應堆失水事故工況下會生成一層氧化膜，嚴重地影響包殼管的導熱性能，隨著氧化膜厚度的增加，燃料棒的溫度不斷上升，加快燃料棒的腐蝕速度，還可能產生核燃料泄漏甚至包殼坍塌等嚴重事故。因此我們需要對金屬材料在高溫水蒸汽環境下的變化進行研究，需要在實驗室中對氧化過程進行模擬實驗。而目前金屬在水蒸汽中的氧化模擬結果對于實際生產工作中的指導價值仍然有待提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬材料高溫氧化模擬實驗裝置，其能夠提高金屬材料高溫氧化模擬實驗結果的全面性與可靠性，對實際生產工作中的指導意義較大。

本發明的另一目的在于提供一種實驗方法，其能夠更全面地模擬出金屬材料在高溫水蒸汽環境下的氧化過程，實驗結果的全面性與可靠性較高。

本發明的實施例是這樣實現的：

一種金屬材料高溫氧化模擬實驗裝置，其主要包括相互連通的實驗單元與進氣單元。實驗單元主要包括反應部，待氧化物放置在反應部內，反應部為金屬材料高溫氧化模擬實驗提供氧化反應空間。進氣單元通過噴嘴與反應部連通，進氣單元向反應部供氣，為金屬材料高溫氧化模擬實驗提供氧化所需的水蒸汽。噴嘴分別與反應部、進氣單元可拆卸連接，因此用戶可以方便地對噴嘴進行更換。噴嘴設有出氣口。

在本發明的一些實施例中，金屬材料高溫氧化模擬實驗裝置配置有多個噴嘴，在實驗時，用戶每次可以只使用一個噴嘴。每個噴嘴均具有不同的預設形狀，進氣單元通過其中一個噴嘴與反應部連通。用戶可以通過更換不同的噴嘴使進氣單元與反應部連通。由于不同的噴嘴具有不同的預設形狀，因此不同的噴嘴所噴出的水蒸汽的流場不同。用戶通過更換噴嘴的方式改變水蒸汽進入反應部的流場，從而使得用戶可以研究不同流場的水蒸汽對待氧化物的氧化所造成的影響，進而使得金屬材料高溫氧化模擬實驗的全面性與可靠性更高，對實際生產工作中的指導意義較大。

在本發明的一些實施例中，出氣口的形狀選自扁平狀、蜂窩狀、圓筒狀與螺旋狀中的一種。上述幾種類型的噴嘴在日常生活中比較常見，獲取難度較低，且價格較低，在金屬材料高溫氧化模擬實驗中的適用性較高。

在本發明的一些實施例中，進氣單元包括相互連通的給水部與蒸汽發生器，給水部為蒸汽發生器提供水，蒸汽發生部將水轉換為水蒸汽。蒸汽發生器通過管道與反應部連通，通過管道將水蒸汽輸送至反應部。給水部被配置為向蒸汽發生器供給去離子水，從而較好地避免水中溶解的氧氣或其他離子對待氧化物的高溫氧化模擬實驗的進行造成影響，干擾到后期實驗結果的準確性。

在本發明的一些實施例中，給水部通過一個柱塞泵或多個并聯的柱塞泵與蒸汽發生器相連通。柱塞泵能夠對給水部的給水速率進行調節控制。使用多個并聯的柱塞泵連通給水部與蒸汽發生器時，多個柱塞泵共同控制給水速率，使得給水速率的控制更加精確。