[发明专利]一种高温热管碱金属工质铺展特性可视化测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种高温热管碱金属工质铺展特性可视化测量系统及方法，该系统包括密封反应容器、碱金属储罐、液态金属滴管、可升降实验台、氩气瓶、石英玻璃视窗、长波红外锗玻璃视窗等部件；所述高温热管碱金属工质铺展特性可视化测量系统及方法可以实现对高温碱金属液滴滴落及扩展行为的观测与温度变化的测量，并可对不同形式吸液芯对高温碱金属液滴铺展特性的影响进行对比；本发明提供了一种适用于高温钠、钾、钠钾及锂金属在金属丝网、金属纤维及泡沫金属型吸液芯表面扩展行为可视化测量的通用方法。

技术领域

本发明涉及热管技术领域，特别涉及一种高温热管碱金属工质铺展特性可视化测量系统及方法。

背景技术

高温碱金属热管是一种基于液体碱金属相变换热的先进非能动换热器件，具有等温性高、传热效率高、可靠性高等特点。高温碱金属热管因其优异的传热特性、良好的安全性、可靠性以及其非能动传热特性，使其在特种反应堆中具有广阔的应用前景。目前，对高温碱金属热管的研究热潮逐步兴起，但其中一系列关键技术仍未得到解决。其中，对高纯度高温碱金属(99％)在不同形式的吸液芯中的流动扩展行为研究尚未展开，而高温液态金属在吸液芯表面的流动及内部的毛细回流行为严重影响热管的换热能力。因此，如何可视化观测高温碱金属在不同吸液芯中的流动与铺展行为，并获得过程中吸液芯的动态温度变化，从而确定不同吸液芯对高温碱金属工质毛细回流行为的影响，在高温热管的研制中变得非常重要。

发明内容

本发明旨在填补上述空白，提供一种高温热管碱金属工质铺展特性可视化测量系统及方法，利用红外锗玻璃能够透射长波红外辐射的特性，使用高速红外摄像仪记录碱金属工质在吸液芯表面的扩展过程及动态温度变化。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高温热管碱金属工质铺展特性可视化测量系统，包括氩气保护的密封反应容器1，密封反应容器1左右两侧分别安装有石英玻璃视窗2，前后两侧分别安装有长波红外锗玻璃视窗3；密封反应容器1中设置可升降实验台4、实验台背部温度测点5、铺设在可升降实验台上表面吸液芯6；密封反应容器1上部安装有碱金属储罐7，碱金属储罐7外部缠绕加热丝8，碱金属储罐7下部连通液态碱金属滴管9；密封反应容器1与碱金属储罐7分别与氩气瓶10连接，密封反应容器1上部设置气体阀门11。

可升降实验台4具备加热功能，控制碱金属液滴滴落时的表面温度；同时可升降实验台4具备角度调节功能，实现对碱金属液滴在不同角度平面上扩展行为的测量。

可升降实验台4上铺设不同形式的吸液芯6，实现对碱金属液滴在不同吸液芯表面扩展行为的观测与温度变化的测量。

通过控制氩气瓶10进入碱金属储罐7的进气量调节液态金属液滴的体积。

所述一种高温热管碱金属工质铺展特性可视化测量系统的实验方法，测量开始前，可升降实验台4表面铺设吸液芯6；打开气体阀门11，使用氩气瓶10对密封反应容器1与碱金属储罐7充氩气进行惰性气体保护；将固态碱金属工质放入碱金属储罐7中，对密封反应容器1进行密封，关闭气体阀门11；打开电加热丝8对碱金属储罐7进行加热，使得固态碱金属变为液态碱金属；调节可升降实验台4的高度与角度，并对实验台4进行加热，实现对碱金属液滴在不同角度平面上扩展行为的观察；向碱金属储罐7中通入微量氩气，液态碱金属液滴通过液态碱金属滴管9落向可升降实验台4；使用高速摄像机与高速红外摄像仪分别通过石英玻璃视窗2与长波红外锗玻璃视窗3观察并记录液态碱金属液滴随温度变化的下落与扩展过程。

用于高温钠、钾、钠钾及锂金属在金属丝网、金属纤维及泡沫金属型吸液芯表面的扩展行为的可视化观测与温度变化的动态测量。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：