[发明专利]一种强磁场下液态金属管道流磁流体压降测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及液态金属压降测量技术领域，具体是一种强磁场下的液态金属管道流磁流体压降测量方法。

背景技术

压降测量是热工水力测量中的重要内容。在磁约束聚变堆中，液态金属包层处于强磁场环境中，其流动呈现特殊的磁流体(MHD)效应，其中MHD压降是其中最重要的MHD效应。在强磁场作用下，流动的液态金属切割磁场，产生感应电流，该电流在磁场作用下形成Lorentz力，阻碍流体流动，形成MHD压降。该压降根据磁场强度的强弱，会比普通管道流动压降大10～100倍，对其的准确测量是液态金属包层热工水力研究的核心内容之一。

液态金属包层的压降测量技术要求满足下面三个特征：

(1)耐高温：测量液态介质的温度>300℃；

(2)耐腐蚀：测量的介质为液态金属合金，有一定腐蚀性；

(3)抗磁场：要求压力(差压)计的工作环境为强磁场>2T；

常规的高温液态金属压降测量技术采用压力传感器，测量管道上具体两点之间的压差△P。高温液态金属接触耐高温耐腐蚀膜片(一般为钢材质)，压力使其变形，膜片变形通过不可压缩介质(如硅油)将压力传递给压力传感器。力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器等。

常用的这种压力传感器测量方式工作温度<300℃，所以测量高温液态金属时，需要用引压管导出来降温后进行测量。使用引压管，侵入流体，对流体有扰动，且引压管内的静止流体与主管道中的流动流体之间有电流，在磁场作用下形成局部压降差，给压降测量带来误差。长期使用时，膜片接触高温液态金属，其受腐蚀后的变形性能和精度都有下降。且停止运行期间，可能有部分液态金属凝固在膜片上，时间较长影响其形变精度。

发明内容

为了弥补现有压力传感器计在高温液态金属强磁场环境下的不足之处，本发明提供一种新型液态金属压降测量技术，具体为一种强磁场下液态金属管道流磁流体压降测量方法，该方法不侵入流体进行测量，不干扰流体流动，可承受超高温流体，测量方便简单。

本发明通过以下技术方案实现：一种强磁场下液态金属管道流磁流体压降测量方法，包括磁场发生器、一对电势探针、信号引线、伏特计，液态金属在钢管内流动，磁场方向垂直于流动方向，则在钢管的两侧将产生感应电动势，在钢管两侧安装电势探针测量电势差，电势差信号依次通过电势探针、信号引线，传输到伏特计，伏特计读取的电势差数据，经过理论计算转换为此段管道的压力梯度数据或其他相关流场数据。

进一步的，所述的电势探针对称焊接在金属管道平行于磁场的两侧外壁上，且探针的材质与管道材质相同，以避免不同材质之间的热电势干扰电势差信号。

进一步的，所述的电势探针的外端连接信号引线，信号引线材质也保持和所述的电极探针材质相同，以避免不同材料之间的热电势干扰。

进一步的，两根信号引线末端连接伏特计，伏特计为高精度伏特计，该高精度伏特计测量精度毫伏级。

进一步的，所述的电势差数据经过理论计算转换为该段管道的压力梯度信号，电势差数据获得后，根据具体管道的电势差与压力梯度关系式可获得压力梯度信息，当管道为圆管时的计算公式如下：

▿p=BLσw▿φK1(D2d-1)/(2D)]]>

式中：——感应电动势，V；

K₁——端部分流效应，其大小通常取0.33～0.357；

σ_w——壁面导电率，S/m；

B——磁场强度，T；

L——直管道长度，m；

d——管道内径，m；

D——管道外径，m。