[发明专利]一种多功能小流量液态铅铋与SCO2

说明书

本发明提供一种多功能小流量液态铅铋与SCO₂流动传热研究的实验系统，包括液态铅铋合金试验段、超临界二氧化碳试验段和液态铅铋合金和超临界二氧化碳耦合试验段；所述系统可以实现液态铅铋合金与SCO2耦合传热实验研究，液态铅铋合金流动传热实验研究和SCO₂流动传热实验研究。本发明实验系统可以对液态铅铋和超临界二氧化碳两种工质分别进行流动及传热机理试验研究，也可以在试验系统中实现小功率的液态铅铋合金和超临界二氧化碳耦合传热特性研究，该实验系统发明，不但可以弥补研究液态铅铋和超临界二氧化碳传热实验数据缺乏，更利于新型高效紧凑的液态铅铋合金和超临界二氧化碳耦合传热换热器研制。

技术领域

本发明涉及液态铅铋合金单管内流动和传热特性研究、超临界二氧化碳单管内流动和传热特性研究、及液态铅铋合金(LBE)及超临界二氧化碳(S-CO₂)两种工质耦合传热特性研究。属于液态铅铋合金和超临界二氧化碳流动及传热、及换热器传热特性研究的小流量多功能实验系统。

背景技术

目前，国内外对液态铅铋传热特性的研究还不够充分，现有的文献中所提供的试验数据数量有限、不系统，因此有必要充分的研究液态铅铋传热特性，但铅铋合金小流量测量难度大，缺乏应用准确测量的仪表，因此在实验室内进行小型实验系统构建，并且进行液态铅铋合金流动和传热特性研究难度较大。超临界二氧化碳(S-CO₂)是一种介于气体和液体之间的特殊状态的流体，它兼有气体和液体的双重性质和优点，但超临界二氧化碳微通道内传热特性试验研究仍然不够充分，高效紧凑型超临界二氧化碳工质的换热器开发需要大量试验数据的支撑。

现在以液态铅铋合金为冷却工质的小型高效核动力反应堆是国际上核能发展的前沿领域，液态铅铋合金和超临界二氧化碳耦合传热形式的小型反应堆更适合建设在边远山区，孤远岛礁等地，并且也在航天、深海探测等军民融合领域具有重大应用前景。由于超临界二氧化碳的流动和传热与一般的强迫对流传热规律不同，液态铅铋合金与超临界二氧化碳的流动传热特性以及二者间的耦合传热特性尚在探索中。

发明内容

本发明的目的是在小流量工况条件下实现液态铅铋合金流量的准确计量，完成小功率液态铅铋合金的流动和传热特性实验研究，积累液态铅铋合金传热特性实验数据，探索液态铅铋合金强化传热的手段；实验分析二氧化碳在近临界区和超临界区传热特性的差异，研究超临界二氧化碳在微通道内流动和传热特性；研究液态铅铋合金与超临界二氧化碳耦合传热特性；对液态铅铋和超临界二氧化碳进行可视化传热和流动传热特性研究；为基于液态铅基合金和超临界二氧化碳两种工质的高效紧凑型换热器开发提供实验数据支撑。

本发明的目的是这样实现的：

一种多功能小流量液态铅铋与SCO₂流动传热研究的实验系统，包括液态铅铋合金试验段、超临界二氧化碳试验段和液态铅铋合金和超临界二氧化碳耦合试验段；所述液态铅铋合金与超临界二氧化碳耦合试验段包括：液态铅铋合金管路、超临界二氧化碳管路，换热器，所述换热器包括印刷电路板换热器或管壳式换热器；所述液态铅铋合金管路包括：铅铋合金罐1、铅铋合金罐2、电磁泵、电加热器、氮气瓶、差压测量装置、铅铋合金加热器1、铅铋合金加热器2、还包括管路加热带、高压氮气管路、压力及温度测点；所述超临界二氧化碳管路包括：二氧化碳杜瓦罐、超临界二氧化碳蒸发加热瓶、二氧化碳泵、流量计1、减温减压装置、超临界二氧化碳气体加热器、流量计2，还包括压力及温度测点。

所述系统可以实现液态铅铋合金与SCO2耦合传热实验研究，液态铅铋合金流动传热实验研究和SCO₂流动传热实验研究。

所述液态铅铋合金与SCO2耦合传热实验研究具体为：

(1)实验开始前将实验系统内所有阀门关闭；

(2)铅铋合金罐1内装入实验要求用量的固态铅铋合金，打开氮气瓶与铅铋合金罐1和铅铋合金罐2连接管路及排气管路阀门，利用高压氮气对铅铋合金罐1和铅铋合金罐2同时进行吹扫，吹扫完毕后关闭相应的阀门；