[发明专利]液态铅铋合金与SCO2

说明书

本发明提供了一种液态铅铋合金与SCO₂回路耦合换热特性研究实验系统，包括液态铅铋合金实验回路、超临界二氧化碳实验回路、印刷电路板换热器及4PLC控制柜；所述液态铅铋合金实验回路和超临界二氧化碳实验回路通过印刷电路板换热器耦合在一起，所述4PLC控制柜控制两个回路系统的流量、加热器功率，获得大量的实验数据；本发明可以进行液态铅铋合金换热机理试验研究，也可完成高效、紧凑换热器研发实验研究，可实现在印刷电路板换热器中研究液态铅铋合金和超临界二氧化碳两种工质耦合换热特性，掌握适用于该两种工质的印刷电路板换热器换热计算方法；同时该试验装置也可完成液态铅铋合金单管或单通道内流动换热特性研究。

技术领域

本发明涉及一种耦合换热特性研究实验系统，具体涉及一种液态铅铋合金与SCO₂回路耦合换热特性研究实验系统。

背景技术

在第四代核反应堆中，铅合金冷却快中子堆(LFR)采用液态铅合金(主要是液态LBE)作为反应堆的冷却剂，其具有良好的非能动安全特性和经济性，且有利于实现小型化，是国际核能领域研究的热点。目前，国内外对液态铅铋换热特性的研究还不够充分，现有的文献中所体现的试验数据都比较久远，并且数量有限，因此有必要充分的研究液态铅铋换热特性。

布雷顿循环多以理想气体为介质，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。以超临界二氧化碳为工作流体的布雷顿循环具有独特的换热及流动特性与釆用蒸汽动力循环的系统相比，系统热效率更高，而且占地面积小，投资小等优点。

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换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，并且也在航空航天、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换热规律不同，液态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换热特性尚在探索中。为了实现紧凑便捷、移动普适、高效可靠等小堆发展目标，开展一回路液态金属与二回路超临界二氧化碳耦合换热特性实验研究，掌握液态液态铅铋合金与超临界二氧化碳为工质的紧凑、高效型换热器设计计算方法具有重要的理论意义与实践价值。

发明内容

本发明的目的是为了研究液态铅铋合金与超临界(近临界区)二氧化碳两种工质在印刷电路板换热器中的耦合换热换热特性，研究液态铅铋合金流动及换热机理，掌握应用两种工质的印刷电路板换热器的换热计算方法，弥补液态铅铋合金流动和换热试验数据的不足。实验获得成果可用于指导铅铋合金快堆二回路液态铅铋和超临界二氧化碳高效、紧凑型换热器的设计。

本发明的技术方案是：

一种液态铅铋合金与SCO₂回路耦合换热特性研究实验系统，包括液态铅铋合金实验回路、超临界二氧化碳实验回路、印刷电路板换热器及4PLC控制柜；所述液态铅铋合金实验回路和超临界二氧化碳实验回路通过印刷电路板换热器耦合在一起，所述4PLC控制柜控制两个回路系统的流量、加热器功率，获得大量的实验数据；

液态铅铋合金回路主要包括：铅铋合金罐与高压氮气瓶相连接，并与铋合金罐连接，高压氮气瓶用于实验系统吹扫，同时用于将铅铋罐内液态铅铋合金压入铋合金罐，铋合金罐出口依次连接液态铅铋合金流量计、液态铅铋合金泵、单通道铅铋合金换热实验段、液态铅铋合金加热器、印刷电路板换热器，单通道铅铋合金换热实验段联接至铅铋合金罐；

超临界二氧化碳回路主要包括：高压二氧化碳气瓶与超临界二氧化碳稳压罐连接，通过气瓶向超临界二氧化碳实验回路充入二氧化碳气体，超临界二氧化碳稳压罐出口依次连接二氧化碳气体流量计、超临界二氧化碳气体加热器、印刷电路板换热器、超临界二氧化碳气体冷却器、及二氧化碳压气机。