[發明專利]聚變堆包層球床高溫氣體流阻特性測量裝置及測試方法

有效

• 申請號: 202310657710.0
• 申請日: 2023-06-06
• 公開（公告）號: CN116380409B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 鞏保平;程昊;王龍;嚴覺民;張龍;王曉宇
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G21B1/25;G01D21/02
• 代理公司: 成都行之專利代理有限公司 51220
• 代理人: 唐邦英

本發明涉及聚變反應堆熱工水力測量技術領域，具體公開了聚變堆包層球床高溫氣體流阻特性測量裝置及測試方法，聚變堆包層球床高溫氣體流阻特性測量裝置，包括球床實驗段和測量單元，球床實驗段的進氣端通過第一連接管與進氣系統連接，所述球床實驗段內沿著氣體流動方向設置有多個球床測溫點；測量單元包括引壓管、溫壓三通、熱電偶和壓差傳感器；溫壓三通的三個端口分別與引壓管、熱電偶和壓差傳感器的低壓側連接，引壓管遠離溫壓三通的一端設置在球床測溫點處，所述引壓管與球床測溫點一一對應，所述壓差傳感器的高壓側與第一連接管的進氣端連接。本發明不僅能夠測量球床沿程壓降，且能避免引壓管數量過多對球床顆粒堆積結構的影響。

技術領域

本發明涉及聚變反應堆熱工水力測量技術領域，具體涉及聚變堆包層球床高溫氣體流阻特性測量裝置及測試方法。

背景技術

磁約束核聚變能是目前最有希望解決世界能源問題的清潔能源。在氘氚（D-T）磁約束核聚變中主要通過燃料氘和氚發生聚變反應產生巨大能量。氘在自然界中的儲量非常豐富，但氚在自然界中幾乎不存在，需要通過聚變反應堆自己生產氚來實現燃料氚的自持。在聚變堆中包層是實現增殖產氚功能的核心部件，而包層能否實現高效地氚增殖和能量提取是磁約束聚變能源能否走向商業利用的關鍵。而在聚變堆固態包層中，主要通過氚增殖劑球床實現產氚，通過流經球床的載帶氣體吹掃產生的氚，并送入后續的提氚系統處理。因此，包層球床內高溫載帶氣體的流阻特性是產氚包層系統和提氚系統設計優化的重要輸入參數，獲得準確可靠的流阻對聚變堆包層設計優化具有重要作用。

聚變堆包層內部填充的陶瓷氚增殖劑和中子倍增劑均采用球形或近球形顆粒，它們堆積在包層腔體內部形成穩定堆積球床。提氚氣體通過吹掃球床區域將增殖反應產生的氚載帶出包層做進一步的處理。在正常工況下，球床區域的溫度最高可達到900℃，球床入口壓力在0.1~0.5?MPa，顆粒粒徑在0.5~3?mm左右。

目前為支持中國氦冷固態陶瓷增殖劑球床實驗包層的研發開展了固態包層球床內氣體流阻壓降的研究。用于研究裝置主要包括實驗段，實驗段內形成穩定堆積球床，實驗段的兩端分別為進氣口和出氣口，現有的研究裝置通常只能測量球床的壓降，無法測量球床沿程壓降，而且難以實現恒溫控制。

發明內容

本發明的目的在于提供聚變堆包層球床高溫氣體流阻特性測量裝置及測試方法，不僅能夠測量球床沿程壓降，且能避免引壓管數量過多對球床顆粒堆積結構的影響。

本發明通過下述技術方案實現：

聚變堆包層球床高溫氣體流阻特性測量裝置，包括球床實驗段和測量單元，所述球床實驗段的進氣端通過第一連接管與進氣系統連接，所述球床實驗段內沿著氣體流動方向設置有多個球床測溫點；

所述測量單元包括引壓管、溫壓三通、熱電偶和壓差傳感器；

所述溫壓三通的三個端口分別與引壓管、熱電偶和壓差傳感器的低壓側連接，所述引壓管遠離溫壓三通的一端設置在球床測溫點處，所述引壓管與球床測溫點一一對應，所述壓差傳感器的高壓側與第一連接管的進氣端連接。

本發明通過在多個球床測溫點，并通過設計的測量單元實現了所述球床測溫點即可作為球床實驗段的溫度測量點，也可以作為壓降測量點。

為了實現測量球床沿程壓降，則需要在球床實驗段布置多個測量點，同時，由于球床實驗段內需要多個溫度測量點，如果是將溫度測量點和壓降測量點分開設置，會導致插入球床實驗段的測量管（引壓管）數量過多，會對球床顆粒堆積結構造成影響，會產生顆粒堆積壁面效應和壁面漏流，會對壓降測量產生影響。

本發明的測量單元通過溫壓三通連接引壓管、熱電偶和壓差傳感器的低壓側，使壓差傳感器和熱電偶共用溫壓三通并通過引壓管伸入球床實驗段內部，消除了顆粒堆積壁面效應和壁面漏流對壓降測量的影響。

綜上，本發明不僅能夠測量球床沿程壓降，且能避免引壓管數量過多對球床顆粒堆積結構的影響。