[发明专利]一种铅铋流动凝固行为研究实验系统

说明书

本发明公开了一种铅铋流动凝固行为研究实验系统，包括凝固回路、第一冷却剂回路，熔化罐、熔盐泵、预热器、实验管路、再加热器通过连接管路连接形成凝固回路；所述实验管路包括实验段，所述实验段包括中间流道和套设在中间流道外侧的外侧流道，所述中间流道为熔盐流道，所述外侧流道为第一冷却剂流道；第一冷却剂储罐、第一冷却剂输送泵、第一冷却剂流道通过连接管路连接形成的回路为所述第一冷却剂回路；凝固回路及第一冷却剂回路中各连接管路上均安装有流量计、阀门、压力传感器和热电偶；实验段内铅铋的凝固参数通过伽马射线成像系统进行探测。该系统可以实现不同的铅铋流动、凝固状态，便于揭示层流、过渡流和湍流条件下的铅铋凝固机理。

技术领域

本发明属于实验装置技术领域，具体涉及一种铅铋流动凝固行为研究实验系统。

背景技术

铅铋快堆是第四代先进核能系统中使用作为铅铋合金为冷却剂的反应堆，具有能量转换效率高、安全性好、常压运行和良好的防止核扩散特性，是GIF重点研发的第四代堆型。冷却剂在流动过程中的过冷凝固是铅铋快堆安全评审和商业化运营前必须解决的难题。由于铅铋快堆使用的冷却剂熔点远高于环境温度，若冷却剂发生凝固会对反应堆安全运行带来一系列挑战，例如循环流量减小导致的换热能力下降，流道堵塞、甚至管路破损，危害反应堆系统安全。因此在反应堆稳态运行或者事故后期反应堆冷却剂过冷凝固造成的设备损坏或系统失效被列为铅铋快堆需要重点关注的设计基准事故之一。因而开展铅铋合金的凝固行为实验研究具有十分重要的意义。

目前针对流动条件下铅铋的凝固实验研究几乎为空白，对其凝固机理以及凝固过程中传热传质行为和流动阻力特性的研究还十分有限。由于铅铋流体的高熔点、非可视化特性，使用传统方法对其流动凝固的实验研究较为困难，已有的流动凝固模型都是基于水等一元流体的流动凝固实验或者未经过充分验证的二元液体混合物的数值模拟获得的，其对铅铋快堆使用的铅铋冷却剂的适用性与准确性尚待验证。对于熔盐堆中使用的液体混合物冷却剂而言，并不存在类似于水等一元流体的固定凝固点，而是在凝固过程中会产生包含液相与固相的糊状区，其凝固机理与一元流体凝固机理存在明显区别。因此有必要采用先进实验测量方法对其流动传热传质机理展开深入研究。

发明内容

本发明提供一种铅铋流动凝固行为研究实验系统，该系统能提供铅铋流动回路，便于揭示层流、过渡流和湍流条件下的铅铋凝固机理。

本发明的技术方案如下：

一种铅铋流动凝固行为研究实验系统，包括凝固回路、第一冷却剂回路，

熔化罐、熔盐泵、预热器、实验管路、再加热器通过连接管路连接形成的回路为所述凝固回路；

所述实验管路包括实验段，所述实验段包括中间流道和套设在中间流道外侧的外侧流道，所述中间流道为熔盐流道，所述外侧流道为第一冷却剂流道；第一冷却剂储罐、第一冷却剂输送泵、第一冷却剂流道通过连接管路连接形成的回路为所述第一冷却剂回路；

铅铋熔盐在所述熔化罐内融化后经所述熔盐泵输送至所述预热器预热后送入所述实验管路，再经所述再加热器加热流回所述熔化罐；第一冷却剂经所述第一冷却剂流道对所述实验段的熔盐流道内的熔盐进行冷却；

凝固回路及第一冷却剂回路中各连接管路上均安装有流量计、阀门、压力传感器和热电偶；实验段内铅铋的凝固参数通过伽马射线成像系统进行探测。

优选的，在所述实验管路的所述实验段的所述熔盐流道的管道周向上不同位置布置热电偶，布置位置至少包括管道中心、管道内径1/2处、管道内壁、管道外壁。

优选的，所述实验管路所述管道周向方向包括中心对称设置的8个热电偶，其中，2个热电偶测点分别安装在铅铋流体中心处与1/2半径处，4个热电偶测点安装在铅铋流体内壁处，2个热电偶测点安装在铅铋流体外壁处。

优选的，所述实验管路的所述实验段还包括伽马射线成像系统；所述伽马射线成像系统包括伽马源、轨道、沿所述轨道周向布置的多个探头。