[发明专利]一种超临界水颗粒物可视化测量实验装置和方法

说明书

本发明提供了一种超临界水颗粒物可视化测量实验装置和方法，该装置包括对管道中流体初步加热的预热段、对管道中流体二次加热的加热段、观测颗粒物的可视段、对管道内流体降温的冷却段、调节回路压力的稳压段和回路加水与颗粒物的进料段。该实验装置可以通过可视化测量的方式研究管道内部流体的流动情况及流体中颗粒物杂质的沉积运动情况，观测直观，能够准确、有效测量相关数据，满足实验需求及工程应用。

技术领域

本发明属于包括核能在内的能源领域、环境保护领域及机械设备领域，适用于高温水、超临界水、超超临界水、超临界二氧化碳等高温高压流体，尤其适用于反应堆中超临界水流动特性研究及其中细颗粒沉积运动规律研究。

背景技术

超临界水冷堆(SCWR)是第四代核能系统提出的六种堆型中唯一的水冷堆，它是在现有水冷反应堆技术和超临界火电技术基础上发展起来的革新设计。与目前运行的水冷堆相比，它具有系统简单、装置尺寸小、热效率高、经济性和安全性更好的特点。

由于水处于超临界条件下，其对管道、包壳及结构材料有着更严苛的要求，必须要有极好的耐高温耐腐蚀特性及强度。超临界水在管道流动的过程当中，会对管道产生一定程度的腐蚀，并且由于水本身的纯净度难以保证，最终导致流体中带有细颗粒物杂质。而颗粒物的存在对于超临界水的流动特性及设备运行的安全性有着重要影响，严重时甚至可能产生重大事故。因此对超临界水堆来说，研究分析超临界水在管道中的流动特性及其中颗粒物的运动沉积规律对于保证反应堆安全性有着重要意义。

现阶段国内外均对超临界水的流动特性进行了大量的研究，且普遍采用测量流量、温度、压力等参数来研究其传热换热特性及自然循环中的流量漂移情况。但对超临界水中的细颗粒杂质研究较少，且大多为模拟计算研究。

目前采用实验研究的方式较少，已知有西安交通大学超临界水换热装置、清华大学超临界水自然循环回路及中国核动力研究设计院双通道超临界水实验台等，但实验研究对象均为超临界水，而并未对超临界水中的颗粒物有所研究，且其检测方式也并未采用可视化测量的方式。

因此，有必要研究一种实验装置和方法，能够以可视化测量的方式直接观测到水在临界区域的流动情况，得到其流动特性，同时也可直接观测到其中的细颗粒杂质的沉积运动情况，分析其运动规律。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：由预热段、加热段、可视段、冷却段、稳压段、进料段通过主管道依次连通的超临界水颗粒物可视化测量实验装置，可以通过可视化测量的方式研究管道内部流体的流动情况及流体中颗粒物杂质的沉积运动情况，观测直观，能够准确、有效测量相关数据，满足实验需求及工程应用，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

第一方面，本发明提供一种超临界水颗粒物可视化测量实验装置，该装置包括对管道中流体初步加热的预热段、对管道中流体二次加热的加热段、观测颗粒物的可视段、对管道内流体降温的冷却段、调节回路压力的稳压段和回路加水与颗粒物的进料段。

其中，所述预热段水平设置，加热段竖直设置；

预热段和加热段绕设于管道外周以电加热的方式进行加热；

预热段和加热段内部分段串联设置热电偶，外部包裹有保温材料，最外层包裹有隔热铝合金。

其中，所述可视段包括显示器、摄像机、可视窗、计算机和射线发生器；

其中，在加热段后的竖直管道部位开设相邻通孔，使用透明耐压材料封闭所述通孔后形成的透视窗口为可视窗。

进一步地，所述可视段还包括外侧设有铅保护层的可视窗基座，其上下端和回路管道可拆卸密接，在其竖直面上相邻两侧设有光孔；