[发明专利]铅铋合金消融实验装置和实验方法

说明书

本发明公开了一种铅铋合金消融实验装置和实验方法。包括绝热上桶、绝热下桶和圆台柱塞，上桶和下桶固定连接，绝热上桶设有桶盖，底端开有锥形通孔，锥形通孔内安圆台柱塞，钢丝绳一端固定在圆台柱塞上，钢丝绳另一端与橡胶塞连接；绝热上桶内装硅油，绝热下桶内部填充有铅铋合金，绝热下桶正下方有动态天平和量杯；硅油与铅铋合金混合体下落入量杯内，根据量杯和动态天平的影像获得不同时刻量杯内的总体积和总质量，处理获得消融质量随时间的变化曲线；用热电偶测量温度，处理获得温度随时间变化的曲线。本发明能进行铅铋合金消融实验，得到铅铋合金消融的质量与时间的关系及铅铋合金内确定点上温度与时间的关系，验证流动传热模型的正确性。

技术领域

本发明涉及了一种实验装置和方法，尤其是涉及了一种铅铋合金消融实验装置和实验方法。

背景技术

计算机性能的不断提高和计算流体力学的飞速发展，给工程分析、设计及科学研究等领域带来急剧的革命性变化。用数值模拟的方法分析取得了重大的进步，特别是在处理数学方法难于处理的复杂边界问题、复杂造型几何问题及模型试验方法求解代价过高的问题等方面。通过数值模拟的方法，可以减少设计成本、降低设计风险、缩短设计周期。

无网格法是近年来兴起的一类数值模拟方法。无网格法采用离散粒子代替流体，通过流体控制方法离散到具有一定作用关系的粒子上进行整体求解，在通过时间推进的方法获得流场的非定常流动信息。

移动粒子半隐式法(MPS)是一种用于计算不可压缩流体运动的无网格方法，是完全Lagrange无网格粒子法。整个计算过程不需要任何背景网格，且满足连续介质模型，广泛应运于不可压缩流体。MPS方法的基本思想是将求解区域内部及边界按一定的形式离散成一系列粒子，采用离散的粒子代表宏观流体和固体边界，每个粒子都携带相应的流动信息，在Lagrange框架下，基于粒子间的相互作用关系将基本流动方程进行离散和求解，通过物理场之间的耦合关系对下一时刻各离子的流动信息进行修正，以时间层推进的方式，获得整个流场的动态流动信息。

移动粒子的半隐式(MPS)方法模拟无粘性且不可压缩性流体自由表面的流动现象，解决了以往在传统的网格方法中存在的网格划分困难以及网格容易发生畸变等一系列的问题。

针对容器内的流体，给定其速度边界，采用MPS方法对其流动现象进行了数值模拟，从而进一步验证了这种方法在解决自由表面流动问题上的可行性和优越性。但是现有技术中针对上述软件方法模拟获得的数据结果缺少一种验证其正确性的方式。

发明内容

针对上述背景技术中所描述的移动粒子的半隐式方法(MPS)，本发明的目的在于提供了一种铅铋合金消融实验装置和实验方法，用于获得实验数据验证数值模拟结果的准确性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种铅铋合金消融实验装置：

装置包括绝热上桶、绝热下桶和圆台柱塞，绝热上桶和绝热下桶之间通过螺钉固定连接，绝热上桶顶端设有桶盖，底端中心开有锥形通孔，锥形通孔内安装圆台柱塞，钢丝绳一端固定在圆台柱塞上，钢丝绳另一端向上穿过桶盖后与橡胶塞连接，防止钢丝绳随意移动；绝热上桶内装有硅油，绝热下桶两端均开口并在内部填充有铅铋合金，绝热下桶正下方设有动态天平和放置在动态天平上的量杯。

所述的绝热上桶的容积大于绝热下桶的容积，使存在足够的硅油消融铅铋合金。

所述的绝热上桶、绝热下桶和圆台柱塞均为绝热材料制成。

所述的绝热下桶内设置多根热电偶，热电偶测量端插入到铅铋合金中。通过热电偶测量铅铋合金内热电偶所在处的温度，进而获得温度随时间变化的曲线。

所述的铅铋合金中心预留有与锥形通孔同轴相通的小孔，小孔用于在圆台柱塞拔出后的开始时间内硅油能够顺利流通。

二、一种铅铋合金消融实验方法：