[发明专利]一种粉尘迁移实验装置与方法

说明书

本发明公开了一种粉尘迁移实验装置与方法，提供开展聚变堆失真空事故下空气进入真空室过程中粉尘迁移实验的平台。实验装置包括粉尘进口、粉尘迁移室、支架、集尘薄膜、注气系统、可视化系统等。在迁移室侧壁有粉尘注入口，通过旋转转盘当迁移室壁面小孔和转盘小孔对应时，将粉尘送入迁移室，通过挡板控制其方向使其进入迁移室底部。在粉尘进入迁移室后，在迁移室的右侧壁设置有2个空气进入口，空气罐体与空压机相连通过气压调节粉尘速率，采用粒子图像测量装置在线监测粉尘迁移状态，结合内部布置的粉尘收集点，获得粉尘迁移速率。

技术领域

本发明涉及粉尘迁移的技术领域，具体涉及一种粉尘迁移实验装置，能观察聚变堆失真空事故下粉尘迁移研究。

背景技术

随着化石能源的枯竭，人类面临严重的能源危机。核聚变能由于优良的清洁、安全特性成为未来解决能源危机的主要选择。在聚变堆运行期间，面向等离子体材料与等离子体相互作用如物理溅射、化学溅射、起泡和剥落等机理作用下产生大量的粉尘。在失真空事故下，空气进入真空室引起粉尘迁移，粉尘迁移导致等离子破裂，在失真空事故下会发生粉尘爆炸，破坏反应堆结构，危害反应堆安全。粉尘广泛存在于化工、食品、石油等各个领域，在气流等条件下会发生迁移，因此开展粉尘迁移特性研究对保护反应堆安全及了解粉尘运动特性具有重要作用。该装置方法不仅可以应用于反应堆安全，还可以应用于化工、食品、石油等领域内粉尘迁移及爆炸的预防。

发明内容

本发明要解决技术问题为：提供一种粉尘迁移实验装置，以在线研究粉尘迁移机理。

为解决上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种粉尘迁移实验装置，包括粉尘迁移室、支架、集尘薄膜、注粉系统、注气系统和粉尘迁移速度测量系统，所述注粉系统固定于粉尘迁移室右侧边，粉尘沿挡板进入粉尘迁移室，粉尘迁移室中心位置固定有支架，粉尘迁移室的右侧壁面连接注气系统，注气系统包括风洞，风洞包括进气段、紊流段，所述进气段的进气口为喇叭形状，进气口的小口径端连接小口径方管，再接大口径圆管，实现气体紊流，所述圆管和压缩空气入口连接，入口处设置气体流量计，所述风洞将粉尘扬尘。

进一步的，所述粉尘迁移室内放置支架，支架为间隔排列结构，支架上中心位置放置吸附粉尘的薄膜，在壁面安装静态压力传感器，在容器壁面安装有光学窗口，通过粒子速度成像装置在线测量粉尘浓度。

进一步的，所述注粉系统包括窗注粉装置，窗注粉装置为可旋转式圆盘，圆盘通过限位杆固定于迁移室壁面，所述限位部为开环的限位孔，该限位孔的数目为2个，且圆周均布在定位盘上，所述限位导杆处于一个限位孔内，旋转圆盘使粉尘迁移室壁面小孔和注粉装置的小孔对应时，通过外力将粉尘推入迁移室，注入完成后，转动注粉装置，使其密封，避免每次注粉需要打开粉尘迁移室，实现多次注粉的功能。

进一步的，所述注气系统通过压力调节空气注入速率设有速率显示屏幕，该速率显示屏与电控装置连接，电控装置调节空气注入压力实现指定注入速率。

本发明还提供一种粉尘迁移实验方法，该方法使用上述的一种粉尘迁移实验装置，该方法实现步骤如下：

1)将迁移室进行抽真空到指定压力，采用外力将粉尘从存储粉尘室压到迁移室，将迁移室加热到指定温度。

2)压缩气体经过储气罐、流量计和阀门进入迁移室，通过压力控制进气速率。

3)通过粒子速度成像在线测量粉尘浓度，同时，实验后通过光学显微镜等观察薄膜上吸附的粉尘来对比获得粉尘迁移速率。实验完成后，将储粉罐抽为真空，通过迁移室和储粉罐的压差来将粉尘排到储粉罐，实现粉尘的有效重复利用。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明特征在于通过空气压力调节粉尘速率，可以初步获得注入压力和注气速率关系，通过实验比较流量计和压力间关系，掌握注入压力和注气速率的关系，在输入条件时直接输入喷粉速率，简化实验步骤。