[發明專利]一種海洋條件下鉛鉍合金流動傳熱特性研究實驗系統及方法

在審

• 申請號: 202111014927.7
• 申請日: 2021-08-31
• 公開（公告）號: CN113670979A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 王成龍;劉志鵬;田文喜;秋穗正;蘇光輝;張大林
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01M10/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種海洋條件下鉛鉍合金流動傳熱特性研究實驗系統及方法，該系統包括試驗段，模擬海洋運動條件的六自由度運動平臺、鉛鉍合金回路系統、高溫導熱油冷卻回路系統和氬氣支路系統，還包括配套的配電設備、儀控設備和數據測量采集設備。實驗時，利用氬氣支路將儲鉛罐中的鉛鉍合金壓入鉛鉍合金回路，海洋運動平臺驅動鉛鉍合金回路中的試驗段及其系統實現起伏、搖擺等運動；高溫導熱油冷卻回路系統的變頻泵驅動油箱中的導熱油流進套管式換熱器給鉛鉍合金回路提供冷卻，被加熱的導熱油經管殼式換熱器和冷卻塔恢復到初始溫度后再返回油箱；本發明獲得海洋條件下六自由度運動過程中反應堆內鉛鉍合金流動傳熱特性，可用于海洋條件下反應堆的安全設計。

技術領域

本發明涉及鉛鉍反應堆技術領域，具體涉及一種海洋條件下鉛鉍合金流動傳熱特性研究實驗系統及方法。

背景技術

海洋核動力平臺是小型核反應堆與船舶工程的有機結合，可為偏遠島嶼提供安全、高效的能源供給，也可用于海洋是由開采、大功率船舶及海水淡化領域的功能，對中國開發利用新能源和海洋能源具有重大意義。鉛鉍反應堆在海洋工程中的應用前景廣闊，液態金屬在反應堆內的流動換熱現象是反應堆設計和安全分析的基礎。在海洋條件下，核動力平臺受海洋中風浪作用，會發生升潛、傾斜、搖擺等六自由度運動，受海洋附加作用力影響，核動力系統會受到強烈的非線性擾動，鉛鉍合金的流動傳熱特性相比靜止條件會發生顯著變化，導致核反應堆系統流量和壓力等參數也會產生相應響應，甚至影響反應堆安全性。因此，開展海洋條件下鉛鉍合金流動傳熱研究對海洋核動力平臺的安全運行具有重要意義。

目前針對壓水堆的海洋條件下熱工水力研究已經十分豐富，但針對鉛鉍反應堆在海洋工程中的應用研究仍較為薄弱，因此本發明可對海洋鉛鉍堆的應用提供支持。

發明內容

針對以上問題，開發了一種海洋條件下鉛鉍合金流動傳熱特性研究實驗系統及方法，能夠研究海洋條件對鉛鉍合金流動傳熱的影響。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種海洋條件下鉛鉍合金流動傳熱特性研究實驗系統，包括可更換的試驗段1，模擬海洋運動條件的海洋運動平臺2，用于儲存鉛鉍合金的儲鉛罐9，安裝試驗段的鉛鉍回路系統，用于給鉛鉍回路系統提供冷卻的高溫導熱油冷卻回路系統，以及用于給鉛鉍合金回路提供無氧氬氣環境和將鉛鉍合金壓入鉛鉍回路的氬氣支路系統；所述試驗段1通過上下法蘭與鉛鉍合金回路系統連接，試驗段1上安裝多個熱電偶測量試驗段內壁面和內部流體溫度，安裝差壓變送器8測量試驗段壓降；所述試驗段1、預熱段2、給鉛鉍合金回路提供驅動壓頭的電磁泵3、控制鉛鉍合金回路打開與關閉的第二液態金屬閥門402、測量鉛鉍合金回路流量的電磁流量計5、用于給電磁流量計進行標定且同時作為膨脹箱的標定筒6以及用于給鉛鉍合金回路提供冷卻的套管式換熱器7依次連接組成鉛鉍合金回路系統，電磁泵3兩端設置旁通回路，旁通回路上設置第一液態金屬閥門401，通過第一液態金屬閥門401對鉛鉍合金回路流量進行調節，鉛鉍合金回路系統通過金屬軟管連接儲鉛罐9，金屬軟管上設置第三液態金屬閥門403控制鉛鉍合金流進和流出鉛鉍合金回路系統；標定筒6上方設置排氣閥1903，同時標定筒6與氬氣支路系統相連；鉛鉍合金回路系統固定在海洋運動平臺2上，實驗時通過儀控設備22設置起伏或搖擺的加速度幅度以及周期來控制試驗段1進行起伏或搖擺運動。

高溫導熱油冷卻回路系統中，導熱油箱11通過變頻泵12及第一導熱油閥1301后與套管式換熱器7相連，進出套管式換熱器7的導熱油管道為金屬軟管；經過套管式換熱器7被加熱后的導熱油流過流量計14和管殼式換熱器15后回到導熱油箱11；高溫導熱油冷卻回路系統最后的熱阱為冷卻塔16，為管殼式換熱器15提供冷卻；高溫導熱油冷卻回路系統變頻泵12兩端并聯一個旁通回路，旁通回路上設置第二導熱油閥1302，通過第二導熱油閥1302對整個高溫導熱油冷卻回路流量進行調節；