[发明专利]双面冷却燃料超高温氧化熔化行为测定实验装置及方法

权利要求书

1.一种双面冷却燃料超高温氧化熔化行为测定实验装置，其特征在于，包括加热炉，由同轴设置的氧化锆陶瓷筒(1)和不锈钢水冷套筒(2)以及顶部冷却腔室(6)和底部冷却腔室(7)组成，顶部冷却腔室(6)和底部冷却腔室(7)采用去离子水进行冷却，内置夹持式铜电极板(8)，炉体侧壁沿轴向多个位置左右对称设置石英玻璃视窗(3)，每个位置有六个石英玻璃视窗(3)沿径向均匀设置；加热炉内置由真实材料或替代材料加工成的由内至外的内侧包壳管(12)、合金加热管(13)和外侧包壳管(14)组成的双面冷却燃料模拟棒(10)，其沿轴向贯穿整个装置，合金加热管(13)在顶部冷却腔室(6)和底部冷却腔室(7)内与夹持式铜电极板(8)相连接；氧化锆陶瓷筒(1)底部放置凹形陶瓷托盘(9)，承接重定位的熔融物；加热炉外侧设置高速摄像仪(4)和双色光学测温仪(5)透过石英玻璃视窗(3)监测双面冷却燃料模拟棒(10)外侧轴向和周向的熔化形态与温度分布；加热炉正上方设置多点激光测位仪(11)，与加热炉正下方的反射板(17)配合测定双面冷却燃料模拟棒(10)内侧的熔融物迁移速度和熔融物堆积情况。

2.根据权利要求1所述的一种双面冷却燃料超高温氧化熔化行为测定实验装置，其特征在于，氧化锆陶瓷筒(1)轴向长度为500mm，石英玻璃视窗(3)直径为25mm，沿轴向三个位置处布置，轴向布置高度分别为100mm、250mm、400mm，轴向同一位置处，两个相邻石英玻璃视窗(3)间的周向夹角为60°。

3.根据权利要求1所述的一种双面冷却燃料超高温氧化熔化行为测定实验装置，其特征在于，高速摄像仪(4)和双色光学测温仪(5)与石英玻璃视窗(3)的位置相对应，每个轴向位置左右对称的两个石英玻璃视窗(3)，其中一个石英玻璃视窗外侧布置高速摄像仪(4)，另一个石英玻璃视窗外侧布置双色光学测温仪(5)；高速摄像仪(4)用于观察和记录双面冷却燃料模拟棒(10)外侧沿轴向和周向的熔化进程；双色光学测温仪(5)采用双色测温，用于准确测量双面冷却燃料模拟棒(10)外侧在氩气、蒸汽、氮气和氧气氛围下的表面温度，避免了气体氛围介质对单色光线吸收导致的测量结果失真；双面冷却燃料模拟棒(10)内侧的温度直接采用铂铑热电偶进行测量。

4.根据权利要求1所述的一种双面冷却燃料超高温氧化熔化行为测定实验装置，其特征在于，顶部冷却腔室(6)和底部冷却腔室(7)内通有去离子水进行冷却，对夹持式铜电极板(8)降温的同时防止冷却水导电。

5.根据权利要求1所述的一种双面冷却燃料超高温氧化熔化行为测定实验装置，其特征在于，所述多点激光测位仪(11)位于加热炉正上方与双面冷却燃料模拟棒(10)内侧相对应，由从上至下相连接的传感器(15)和多点激光探头(16)组成，所述多点激光探头(16)内有25个探头。

6.权利要求1至5任一项所述的双面冷却燃料超高温氧化熔化行为测定实验装置的实验方法，其特征在于，实验准备阶段，外部冷却水源头将去离子水通入装置的顶部冷却腔室(6)、底部冷却腔室(7)和不锈钢水冷套筒(2)内提供冷却，外部真空泵对装置抽真空，待加热炉压力小于10Pa时，外部氩气源通入氧化锆陶瓷筒(1)内；30min后，实验正式开始，依次打开高速摄像仪(4)、双色光学测温仪(5)和多点激光测位仪(11)，外部蒸汽源与氩气混合通入氧化锆陶瓷筒(1)内；双色光学测温仪(5)和铂铑热电偶的测温曲线通过外部采集系统收集，高速摄像仪(4)的熔化进程图像及时存储；多点激光测位仪(11)的测位激光从多点激光探头(16)内的25个探头内部依次脉冲式发射，每两个探头发射激光的时间间隔为0.001s，大于光线沿内侧的最大往返时间，每个探头发射激光的时间间隔为0.03s，大于25个探头全部扫描一次所需的时间；光线接触到重定位的熔融物或双面冷却燃料模拟棒(10)内侧底部的反射板(17)后发生漫反射，与入射光线重合的反射光线最先反射回来并被传感器(15)感应到，若传感器(15)在一个脉冲内接收到多束反射光，以时间最早光线最强的反射光束为准，通过对测量距离进行分析即得到双面冷却燃料模拟棒(10)内侧的熔融物迁移速度和熔融物堆积情况；实验结束后，分析实验结果，得到双面冷却燃料模拟棒(10)内、外侧的氧化熔化进程数据，为双面冷却燃料氧化熔化机理模型的开发和完善提供支撑。