[发明专利]强内热源大尺寸小球球床通道熔盐强迫对流换热实验装置

说明书

技术领域

本发明属于含内热源球床通道技术领域，具体涉及一种强内热源大尺寸小球球床通道熔盐强迫对流换热实验装置。 

背景技术

世界性的能源短缺和配置不均衡，加之日趋严重环境污染与恶化，促使人们致力于发展无污染、环境友好的第四代先进反应堆。其中，熔盐冷却球床模块化反应堆(PB-FHR)作为我国提出的新型的第四代衍生堆型，它继承并结合了熔盐堆、高温气冷堆和轻水堆的技术特点，利用熔盐做冷却剂，流经TRISO燃料球床，利用布雷诺循环最终将热能转化为电能。在运行安全方面，熔盐冷却球床堆(PB-FHR)采用非能动池式冷却系统，能有效的导出反应堆事故后的衰变余热，保证反应堆的固有安全性。它可以实现多种用途目的，尤其在长寿命可移动反应堆方面极具发展潜力。 

实验是科学研究的基本方法，所有数值计算和理论分析的结果都要与实验结果进行对比验证，从而保证理论模型的精准性。在熔盐冷却球床模块化反应堆中，燃料球尺寸达到厘米量级，排列紧密规则，充满堆芯，具有很高的体积功率密度，熔盐以较高的流速通过球床并与燃料球进行强烈的热量传递，因而整个堆芯构成含强内热源大尺寸小球球床通道，这与目前大多数反应堆壁面加热式通道存在显著区别，采用常规的实验方法得不到堆芯关键热工水力参数。因此，急需开发新的实验方法与测量技术，这也是决定熔盐冷却球床模块化反应堆热工水力特性理论与实验研究能否取得突破性进展的关键。 

对于含内热源球床通道的传热特性研究，中国专利CN102081059A和专利CN201917536U以水冷球床反应堆堆芯传热特性为应用背景，采用中频电磁感应加热技术，在球床堆比例模型不同高度处，布置单个或数个热电偶，对不同流速条件下进行有相变和无相变强迫对流换热实验。这类实验装置的主要不足在于：要求实验球尺寸很小(毫米量级)，功率密度较低，冷却剂温度低，只能对堆芯局部位置进行热工水力实验研究，无法应用于具有厘米尺度小球球床流动换热特性研究，也难以对整个堆芯进行热工水力实验研究，因此不能满足熔盐冷却球床反应堆发展的需要。又如，昝元峰，王涛涛，肖泽军等.含内热源多空介质的局部换热特性实验研究,核动力工程，2008,29(1)：57-60。以水冷球床反应堆堆芯传热特性为应用背景，设计了一种大尺寸小球有序堆积强迫流动换热实验装置，采用在球床内埋设单个或数个电加热金属球的方法，对不同流速下，小球周围局部换热特性进行了研究。这类实验装置的主要不足在于，尽管实验小球尺寸较大，但功率很低，难以对大量的实验球同时加热，属于机理性研究，而不能为工程实践提供指导，且存在冷壁效应，因此不能满足高温熔盐冷却球床反应堆发展的需要。再如，Jian Yang,Jing Wang,Shanshan Bu et al.Experimental analysis of force convective heat transfer in novel structured packed beds of particles.Chemical Engineering Science71(2012):126:137.以工程领域内骨架发热多空介质对流换热为应用背景，设计了一种颗粒有序堆积多孔介质对流换热实验台，运用“瞬态单吹法”对单元体积内小球进行强迫对流换热特性研究。这类实验装置的主要不足在于，小球温度有上限，且换热系数为时间域内平均值，小球堆积结构较为单一，只能适用于单位体积内小球换热特性研究，因此不能满足高温熔盐冷却球床反应堆发展的需要。 

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种强内热源大尺寸小球球床通道熔盐强迫对流换热实验装置，能够真实模拟硝酸盐冷却球床模块化反应堆堆芯加热情况条件下强迫对流换热。 

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是： 

一种强内热源大尺寸小球球床通道熔盐强迫对流换热实验装置，包括透明耐高温石英玻璃管2，缠绕在透明耐高温石英玻璃管2外的电磁感应线圈3，在电磁感应线圈3外周向30°间隔的分布有磁轭4,其特征在于：在透明耐高温石英玻璃管2内堆积有序排列的直径为3cm或6cm的金属小球1，在透明耐高温石英玻璃管2的上下进口段排列有和金属小球1同尺寸且排列规则相同的玻璃小球6，在玻璃小球6和金属小球1间布置一层上下位置能够调节的挡板，在透明耐高温石英玻璃管2的下进口段下方设置有冷却剂进口9，上进口段上方设置有安全阀16；所述金属小球1的表面进行了氧化处理，所述冷却剂为硝酸盐。