[发明专利]基于压差法的液态铅铋合金-惰性气体两相流空泡份额测量装置及方法

说明书

基于压差法的液态铅铋合金‑惰性气体两相流空泡份额测量装置及方法，该装置包括气液两相流上升段、水平气液分离段、单相液体下降段和单相液体水平段依次连通形成的回路；气液两相流上升段布置有气体注入口、气液两相流上升段分为多个测量段，通过压差表测量每一段的压差；单相液体下降段设置有电磁流量计；水平气液分离段上部设置有气体排放阀；压缩惰性气体储存于高压气体储存罐中，控制其顶部气体减压阀调节充入气体注入口的气体流量，利用气体流量计记录惰性气体的流量；通过测量气液两相上升段的压差，再通过计算得到该段平均空泡份额。本发明测量测量对流动扰动小，测量精度高，整体结构简单，易于加工，成本低廉。

技术领域

本发明涉及液态金属测试技术领域，具体涉及一种液态铅铋合金回路中铅铋合金-气体两相流空泡份额测量装置及测量方法。

背景技术

铅冷快堆被认为是有望最先实现工业示范和商业应用的第四代核能系统。液态铅铋合金具有高沸点、大密度、化学惰性和优秀的传热性能和中子能谱，是铅冷快堆优选冷却剂之一。此外，液态铅铋合金由于具有良好的热膨胀性，其具有很强的自然循环能力。对于铅基反应堆，可以设计成事故状态下完全依靠自然循环的非能动余热排出系统。气泡泵装置被广泛应用于铅冷快堆概念设计和铅铋实验台架设计中，可以有效提高铅铋合金的自然循环能力，该装置采用一个部分浸没在液体中的竖直管道来提升液体，压缩气体充入竖直管道底部，由于密度低于混合流体密度，因此气体向上运动，同时又推动混合流体流动。因此铅铋合金和惰性气体两相流动特征直接影响系统的自然循环能力和安全性，而目前关于大密度比的液态金属-惰性气体两相流特征研究十分匮乏。虽然气(汽)-水两相流动的研究已经相当深入和广泛，但由于液态金属的热物理性质(密度、粘度、张力及润湿性等)与水有很大差别，其两相界面和流动特征也呈现出与气(汽)-水两相流很大的不同。因此很有必要对大密度比的液态金属-惰性气体两相流特征进行实验研究，进而深入分析气泡泵提升自然循环机理。而在两相流循环特性研究中，空泡份额是建立其理论模型的关键参数，需要从实验中获得。

空泡份额测量方式按测量内容分为两类：其一是管道截面平均空泡份额测量方法，包括快关阀门法、高速摄像法、电容层析成像法、射线法等；其二是管道截面上局部空泡份额测量方法，典型的有光纤探针法、电导探针法、微型热电偶法、热线(热膜)法等。液态铅铋合金熔点高(125℃)，因此运行温度高，并且具有不透明的特性，因此很难通过直接观测的方法测量。电容层析成像技术利用气液两相不同的介电常数和份额，将测量得到的信息用于两相流流场重建，可以在不干扰流场的情况下获得管道截面的相分布信息，但是现阶段其技术还难以用于精细的空泡份额测量。探针法具有测量精细、反应快等优点，还可用于气泡速度、相界面浓度等测量，但是需要将探针伸入流道中，难免会对流动产生影响。射线法是一种非接触式的测量方式，具有较高的稳定性，常用于高温高压下空泡份额的测量，但是射线具有放射性，其保存和使用条件限制较高，还有安全隐患，并且射线发射并不稳定，因此测量精度也有限。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明设计了一种适用于液态铅铋合金-气体两相流的空泡份额测量装置，通过测量液态铅铋合金的流量和气液上升段压差，由计算推导得出空泡份额。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：