[发明专利]一种铅铋合金气泡泵循环能力实验系统及其实验方法

说明书

一种铅铋合金气泡泵循环能力实验系统及实验方法，该系统包括由铅铋合金储存罐、液位探针、阀门和连接在铅铋实验回路上的管道组成的铅铋合金储存熔化模块，由氩气瓶、流量计、压力表、阀门和连接在铅铋合金储存罐及实验段上的管道组成的气体模块，由电磁流量计、校验筒、液位探针、阀门组成的电磁流量计标定模块，由注气管、实验段、测量仪表组成的实验模块；铅铋合金在储存罐内熔化之后，由氩气将铅铋合金压入实验回路中，回路中的铅铋合金依次通过校验筒、下降段、电磁流量计、水平段、实验段、气液分离段，形成一个闭式循环；本发明还提供了该系统的实验方法；本发明系统能够承受较高温度工况并确保铅铋合金在大流量状态下稳态循环运行，同时又能做到简便快捷的调节系统参数。

技术领域

本发明属于加速器驱动的次临界反应堆热工水力验证性实验研究技术领域，具体涉及一种铅铋合金气泡泵循环能力实验系统及其实验方法。

背景技术

加速器驱动次临界系统(ADS)用加速器加速的高能质子与重靶核(如钨、铅铋合金)发生散裂反应，一个质子引起的散裂反应可产生几十个中子，用散裂产生的中子作为中子源来驱动次临界系统，使次临界系统维持链式反应以便得到能量和利用多余的中子增殖核材料和嬗变核废物。加速器驱动的次临界系统中，目前研究的散裂靶材料主要是固体钨颗粒和铅铋合金，其中，铅铋合金作为散裂靶的反应堆中，铅铋合金也是反应堆的冷却剂。铅铋合金具有良好的热膨胀性，因此以铅铋合金为冷却剂的反应堆具有显著的自然循环能力，这可以提高反应堆在事故工况下的安全性。同时，在ADS设计阶段，气泡泵被用于替代机械泵驱动铅铋合金的循环流动。但是重金属与气体的气液两相相关研究十分匮乏，因此，对铅铋合金热工水力特性的研究非常重要。

铅铋合金气泡泵循环实验系统，主要是研究ADS系统中铅铋合金在气泡泵的提升作用下的循环能力，获得铅铋合金质量流量与气体体积流量的关系，并且获得实验段中空泡份额的分布。本实验中要求气体直接注入到实验段中，实验系统运行温度较高，需要实验系统具有完备的加热、注气的系统配置和稳定的调节能力。

国内外现有的铅铋合金回路都集中在自然循环能力、氧控及腐蚀方面的研究，而研究气泡泵循环能力的实验回路还没有。中国专利申请CN201310285049.1公开了一种铅铋合金自然循环回路系统，该系统主要研究了温差导致的铅铋合金自然循环能力。

发明内容

本发明的目的是针对上述实验装置和系统不适用或不满足铅铋合金气泡泵循环能力的研究，提供了一种铅铋合金气泡泵循环能力实验系统及实验方法，本发明系统能够在较高温度工况下并保证气泡的安全注入及排出状态下稳定运行，同时又能做到简单快速的调节系统参数，能够精准的获取大量的铅铋流量、气体流量、温度和空泡份额等实验参数，可以对气体-重金属的两相流特性进行深入研究。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铅铋合金气泡泵循环能力实验系统，包括第一高压氩气罐8、第二高压氩气罐9，第一高压氩气罐8和第二高压氩气罐9下游管道上的热式气体质量流量计201，热式气体质量流量计201下游管道上的压力传感器601，压力传感器601下游处的第一阀门(401)、第二阀门402、第三阀门403和第四阀门404，第一阀门(401)、第二阀门402、第三阀门403和第四阀门404并联连接，分别为实验回路提供氩气、测量氩气流量、监测气体管路中的压力，调节氩气的流入位置与调节氩气的流量，以上组成了系统的气体模块，该模块主要作用是给回路中提供氩气；

铅铋实验回路由铅铋合金储存、熔化模块，电磁流量计标定模块，气体排出模块和实验段模块及管道组成，各模块的组成如下：

铅铋合金储存罐3、安装在铅铋合金储存罐3上的第一液位探针701和第二液位探针702，安装在铅铋合金储存罐3底部管道上的第五阀门405，第五阀门405通过管道与铅铋实验回路连通，组成系统的铅铋合金储存、熔化模块；铅铋合金储存罐3上缠绕有加热丝，通过加热丝产生的热量熔化铅铋合金；