[发明专利]一种氟盐流动凝固行为模拟实验系统

说明书

本发明公开了一种氟盐流动凝固行为模拟实验系统，包括凝固回路和冷却剂回路；凝固回路包括设置于凝固实验段两侧的高压氩气瓶、加热器、导热油储存罐，导热油储存罐配置有加热器，高压氩气瓶与导热油储存罐连通，一导热油储存罐通过管道连通至凝固实验段，凝固实验段通过管道连通至另一导热油储存罐；凝固实验段包括实验段，实验段包括导热油流道和冷却剂流道，冷却回路包括冷却剂存储罐和泵；导热油流道中的导热油在实验段与冷却剂流道中的冷却剂换热，导热油为Dowtherm A或Drakesol 260AT导热油。本发明的系统能够模拟氟盐流动凝固行为，以总结凝固过程中凝固层随流体过冷度、雷诺数和瑞利数等无量纲数的变化规律。

技术领域

本发明属于实验装置技术领域，具体涉及一种氟盐流动凝固行为模拟实验系统。

背景技术

熔盐堆是第四代先进核能系统中使用作为氟盐冷却剂的反应堆，具有能量转换效率高、安全性好、常压运行和良好的防止核扩散特性，是GIF(全称第四代核能国际论坛(核反应堆))重点研发的第四代堆型。冷却剂在流动过程中的过冷凝固是熔盐堆安全评审和商业化运营前必须解决的难题。由于熔盐堆使用的冷却剂熔点远高于环境温度，若冷却剂发生凝固会对反应堆安全运行带来一系列挑战，例如循环流量减小导致的换热能力下降，流道堵塞、甚至管路破损，危害反应堆系统安全。因此在反应堆稳态运行或者事故后期反应堆冷却剂过冷凝固造成的设备损坏或系统失效被列为熔盐堆需要重点关注的设计基准事故之一。因而开展氟盐凝固行为实验研究具有十分重要的意义。

目前针对流动条件下熔盐的凝固实验研究几乎为空白，对其凝固机理以及凝固过程中传热传质行为和流动阻力特性的研究还十分有限。由于熔盐流体的高熔点、非可视化特性，使用传统方法对其流动凝固的实验研究较为困难，已有的流动凝固模型都是基于水等一元流体的流动凝固实验或者未经过充分验证的二元液体混合物的数值模拟获得的，其对熔盐堆使用的氟盐冷却剂的适用性与准确性尚待验证。对于熔盐堆中使用的液体混合物冷却剂而言，并不存在类似于水等一元流体的固定凝固点，而是在凝固过程中会产生包含液相与固相的糊状区，其凝固机理与一元流体凝固机理存在明显区别。因此有必要采用先进实验测量方法对其流动传热传质机理展开深入研究。氟盐运行温度过高，且熔点也高于400℃，高温氟盐对管道腐蚀性很强，开展氟盐实验的难度大，成本高昂。

道氏化学公司生产的Dowtherm A或Drakesol 260AT在较低温度范围内的热力学行为与高温FLiBe十分相似，该特性使Dowtherm A或Drakesol 260AT具备在低温条件下模拟高温氟盐的可行性。

发明内容

本发明提供一种氟盐流动凝固行为模拟实验系统，模拟氟盐流动凝固行为，以总结凝固过程中凝固层随流体过冷度、雷诺数(Re)和瑞利数(Ra)等无量纲数的变化规律。

本发明的技术方案如下：

一种氟盐流动凝固行为模拟实验系统，包括凝固回路和冷却剂回路；

所述凝固回路包括设置于凝固实验段两侧的高压氩气瓶、加热器、导热油储存罐，所述导热油储存罐为封闭的容器用于容纳导热油，所述导热油储存罐配置有所述加热器用于调节所述导热油温度，所述高压氩气瓶与所述导热油储存罐连通用于调节两个所述导热油储存罐内压力差以调节导热油输送流量，一所述导热油储存罐通过管道连通至所述凝固实验段，所述凝固实验段通过管道连通至另一所述导热油储存罐；

所述凝固实验段包括实验段，所述实验段包括导热油流道和冷却剂流道，冷却回路包括冷却剂存储罐和泵，所述冷却剂存储罐中冷却剂通过所述泵输送至所述冷却剂流道；所述导热油流道中的导热油在所述实验段与所述冷却剂流道中的所述冷却剂换热，所述导热油为Dowtherm A或Drakesol 260AT导热油。

优选的，所述导热油流道和冷却剂流道两个流道均为矩形通道，两个流道之间由铜板隔开，所述凝固实验段除了中间设置的铜板外，其他部分由有机玻璃构成，以实现可视化测量。