[发明专利]一种研究铅水相互作用的可视化实验装置及方法

权利要求书

1.一种研究铅水相互作用的可视化实验装置，其特征在于：该可视化实验装置包括：氩气缓冲罐(1)、铅储存罐(2)、实验段(3)、储水箱(4)、氩气罐(5)、高速摄像仪(6)、一号排气阀(G1)、二号排气阀(G2)、三号排气阀(G3)、减压阀(V1)、气体调节阀门(V2)、一号铅阀(V3)、二号铅阀(V4)、三号铅阀(V5)、四号铅阀(V6)、一号压力表(P1)、二号压力表(P2)、一号热电偶(T1)、二号热电偶(T2)和液位传感器(H)；所述氩气罐(5)内充有高压氩气，氩气罐(5)通过减压阀(V1)与氩气缓冲罐(1)的进口端相连接；氩气缓冲罐(1)上接有排气管和一号压力表(P1)，排气管的开度由一号排气阀(G1)控制；氩气缓冲罐(1)出口端通过气体调节阀门(V2)与铅储存罐(2)相连接；铅储存罐(2)上接有排气管、一号热电偶(T1)和液位传感器(H)，排气管的开度由二号排气阀(G2)控制；铅储存罐(2)出口端通过一号铅阀(V3)与实验段(3)相连接；实验段(3)上设置三个注射口，分别通过二号铅阀(V4)、三号铅阀(V5)和四号铅阀(V6)与储水箱(4)相连接；储水箱(4)上接有排气管、二号压力表(P2)和二号热电偶(T2)，排气管的开度由三号排气阀(G3)控制；实验段(3)为可视化实验段，高速摄像仪(6)置于实验段(3)的一侧，用于拍摄实验段。

2.根据权利要求1所述的一种研究铅水相互作用的可视化实验装置，其特征在于：氩气缓冲罐(1)采用不锈钢材质，耐压10MPa；氩气罐(5)为氩气缓冲罐(1)提供氩气，通过减压阀(V1)控制氩气罐(5)注入氩气缓冲罐(1)的氩气量；使用一号压力表(P1)，测量氩气缓冲罐(1)内的氩气压力；通过控制一号排气阀(G1)将氩气缓冲罐(1)内的氩气排向环境；通过控制减压阀(V1)、一号排气阀(G1)和观察一号压力表(P1)，控制氩气缓冲罐(1)内的氩气压力。

3.根据权利要求1所述的一种研究铅水相互作用的可视化实验装置，其特征在于：铅储存罐(2)采用不锈钢材质，内部存放铅或铅铋合金，罐体缠绕加热丝，能将铅储存罐(2)内的铅或铅铋合金加热熔化至500℃，采用一号热电偶(T1)测量铅或铅铋合金温度，罐体包裹有绝热保温材料；通过控制气体调节阀门(V2)，控制氩气缓冲罐(1)注入铅储存罐(2)氩气量；铅储存罐(2)上的气体管道在罐体上部；铅储存罐(2)的出口管道插至距离铅储存罐(2)底部5厘米处，管口浸没在熔融铅池中；铅储存罐(2)内的氩气在熔融铅池上部，在气压作用下，驱动熔融铅或铅铋合金进入出口管道；通过一号铅阀(V3)控制熔融铅或铅铋合金进入实验段(3)；通过控制二号排气阀(G2)将铅储存罐(2)内的氩气排向环境；液位传感器(H)监测铅储存罐(2)内的铅池深度，防止铅池深度低于出口管道管口高度。

4.根据权利要求1所述的一种研究铅水相互作用的可视化实验装置，其特征在于：实验段(3)为矩形窄缝结构，宽度方向尺寸小于长度和高度方向尺寸的五十分之一，整体框架采用不锈钢材质，正面为透明石英玻璃板；实验段(3)内能容纳高温铅或铅铋合金；实验段(3)表面缠有加热丝，用于加热实验段(3)内的高温铅或铅铋合金；实验段(3)除了透明石英玻璃板侧均包裹有绝热保温材料；透明石英玻璃板侧采用高功率的加热丝，补偿热量损失；实验段(3)布置有三个不同方向的注射口，储水箱(4)向其注射高压水，水注射后会与铅池接触发生相互作用；当铅和水在实验段内相互作用，产生大量蒸汽，矩形窄缝结构限制蒸汽泡在宽度方向的生长，蒸汽泡紧贴透明石英玻璃板内侧运动，采用高速摄像仪(6)记录蒸汽泡行为，由此获得铅水相互作用的可视化影像数据。

5.根据权利要求1所述的一种研究铅水相互作用的可视化实验装置，其特征在于：储水箱(4)采用不锈钢材质，耐压15MPa，内部存放水，罐体缠有加热丝能将水加热至高温高压状态，罐体包裹有绝热保温材料；通过控制二号铅阀(V4)、三号铅阀(V5)和四号铅阀(V6)向实验段(3)注入高温高压水。

6.根据权利要求1所述的一种研究铅水相互作用的可视化实验装置，其特征在于：连接铅储存罐(2)和实验段(3)的管道缠有加热丝，用于加热管道，防止管道内的铅或铅铋合金发生凝固。