[发明专利]一种固态金属热流密度的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及热流密度测量领域，具体是一种固态金属热流密度的测量方法。

背景技术

从人类开始利用核能至今，全球已经发生了多起严重的核泄漏事故，比如美国三里岛核泄漏事故、前苏联切尔诺贝利核泄漏事故和日本福岛核泄漏事故。通过分析上述核泄漏事故的发展和处理过程可以发现，将堆芯熔融物滞留在压力容器内，保证反应堆压力容器的完整性，可以极大地缓解严重事故的进一步发展和恶化。现在，已有较为完整的反应堆熔融物堆内滞留策略，影响反应堆熔融物堆内滞留策略能否成功的关键点即在于压力容器下封头外表面流动传热特性以及临界热流密度。

为了掌握下封头外表面流动传热特性以及获得压力容器下封头外表面临界热流密度限值，迫切需要一种固态金属热流密度的测量方法，该方法必须能实时、精确的测量获得金属固体内部被测点之间的热流密度，以实现严重事故条件下核反应堆压力容器下封头外表面临界热流密度的实验测量。

目前还没有测量固体金属热流密度的测量装置和测量方法，也没有相关文字记载。

发明内容

本发明的目的在于提供应用于一种固态金属热流密度的测量方法，达到实时、精确的测量获得金属固体内部被测点之间热流密度的目的，以实现严重事故条件下核反应堆压力容器下封头外表面临界热流密度的实验测量。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种固态金属热流密度的测量方法，包括以下步骤：

（A）确定被测物体导热系数l (W/m.℃)；

（B）测量孔的加工，A点距离被测物体表面最近的距离为LA,B点距离被测物体表面最近的距离为LB，A点至B点之间的距离为L；

（C）在测量孔内分别安装温度测量装置，温度测量装置的末端分别位于A点、B点；

（D）位于A点、B点的温度测量装置分别测量A点、B点的温度，得到A点温度为TA，B点温度为TB；

（E）根据以下公式计算出被测物体中A点至B点方向的热流密度

                     

其中，q为所需热流密度，单位为W/m²；TA为A点温度，单位为℃；TB为B点温度，单位为℃；l为导热系数，单位为W/m.℃；L为A点至B点的长度，单位为m。

本发明一种固态金属热流密度的测量方法，当在空气介质中工作时，被测物体可以为带电或非带电的金属，常温～600℃，首先根据具体的被测物体得到其对应的导热系数l，然后任意选取两个被测点，A点和B点，加工出测量孔，然后将温度测量装置安装在测量孔内，由温度测量装置将所测量的温度实时传递出来，根据公式就可以计算出被测物体中A点至B点方向的热流密度，在此方法中，由于测量孔的直径远远小于被测固体金属，因此，测量孔的存在对被测固体影响较小，可实时、精确的测量获得金属固体内部被测点之间的热流密度，测量装置测温结构简单，易于实现，对被测金属内部温度分布影响很小，制造工艺易于实现，热流密度测量范围宽，可针对1kW/m²～10MW/m²之间的热流密度进行高精度测量，由于温度测量装置中的热偶丝被包裹在铠装热偶外壳内，铠装热偶外壳之外还设置有绝缘套管，绝缘套管使得温度测量装置不直接接触被测物体，在被测物体带电时可以使得温度测量不受被测物体的电流干扰，铠装热偶外壳材质为金属，当测量环境存在电磁场干扰时，热偶丝被包裹在铠装热偶外壳内可以使得温度测量不受电磁场干扰，因此具有稳定性高、抗干扰能力强的优点。

所述步骤（B）中，在满足测量精度需求和抗干扰能力的前提下，尽量选择外径最小的固态金属内部温度测量装置，温度测量装置的绝缘套管外径为d，d取值范围为5??10^-4～2??10^-3m。A点测量孔是从被测物体表面距离A点最近之处开始向A点方向钻盲孔形成的，盲孔深度为LA，盲孔直径为D，D=d+e，e为安装裕量，e取值范围为2??10^-5～5??10^-5m，盲孔底端加工成平底；B点测量孔是从被测物体表面距离B点最近之处开始向B点方向钻盲孔，盲孔深度为LB，盲孔直径为D，D=d+e，e为安装裕量，e取值范围为2??10^-5～5??10^-5m，盲孔底端加工成平底。为了使得安装简便，可以考虑盲孔直径的安装裕量，安装裕量的取值范围根据现有机械加工能力给出，实际操作时可根据现场工作环境以及经济效益综合决定。