本發(fā)明涉及粉塵遷移的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粉塵遷移實驗裝置，能觀察聚變堆失真空事故下粉塵遷移研究。

背景技術(shù)：

隨著化石能源的枯竭，人類面臨嚴(yán)重的能源危機。核聚變能由于優(yōu)良的清潔、安全特性成為未來解決能源危機的主要選擇。在聚變堆運行期間，面向等離子體材料與等離子體相互作用如物理濺射、化學(xué)濺射、起泡和剝落等機理作用下產(chǎn)生大量的粉塵。在失真空事故下，空氣進入真空室引起粉塵遷移，粉塵遷移導(dǎo)致等離子破裂，在失真空事故下會發(fā)生粉塵爆炸，破壞反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)，危害反應(yīng)堆安全。粉塵廣泛存在于化工、食品、石油等各個領(lǐng)域，在氣流等條件下會發(fā)生遷移，因此開展粉塵遷移特性研究對保護反應(yīng)堆安全及了解粉塵運動特性具有重要作用。該裝置方法不僅可以應(yīng)用于反應(yīng)堆安全，還可以應(yīng)用于化工、食品、石油等領(lǐng)域內(nèi)粉塵遷移及爆炸的預(yù)防。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決技術(shù)問題為：提供一種粉塵遷移實驗裝置，以在線研究粉塵遷移機理。

為解決上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種粉塵遷移實驗裝置，包括粉塵遷移室、支架、集塵薄膜、注粉系統(tǒng)、注氣系統(tǒng)和粉塵遷移速度測量系統(tǒng)，所述注粉系統(tǒng)固定于粉塵遷移室右側(cè)邊，粉塵沿?fù)醢暹M入粉塵遷移室，粉塵遷移室中心位置固定有支架，粉塵遷移室的右側(cè)壁面連接注氣系統(tǒng)，注氣系統(tǒng)包括風(fēng)洞，風(fēng)洞包括進氣段、紊流段，所述進氣段的進氣口為喇叭形狀，進氣口的小口徑端連接小口徑方管，再接大口徑圓管，實現(xiàn)氣體紊流，所述圓管和壓縮空氣入口連接，入口處設(shè)置氣體流量計，所述風(fēng)洞將粉塵揚塵。

進一步的，所述粉塵遷移室內(nèi)放置支架，支架為間隔排列結(jié)構(gòu)，支架上中心位置放置吸附粉塵的薄膜，在壁面安裝靜態(tài)壓力傳感器，在容器壁面安裝有光學(xué)窗口，通過粒子速度成像裝置在線測量粉塵濃度。

進一步的，所述注粉系統(tǒng)包括窗注粉裝置，窗注粉裝置為可旋轉(zhuǎn)式圓盤，圓盤通過限位桿固定于遷移室壁面，所述限位部為開環(huán)的限位孔，該限位孔的數(shù)目為2個，且圓周均布在定位盤上，所述限位導(dǎo)桿處于一個限位孔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)圓盤使粉塵遷移室壁面小孔和注粉裝置的小孔對應(yīng)時，通過外力將粉塵推入遷移室，注入完成后，轉(zhuǎn)動注粉裝置，使其密封，避免每次注粉需要打開粉塵遷移室，實現(xiàn)多次注粉的功能。

進一步的，所述注氣系統(tǒng)通過壓力調(diào)節(jié)空氣注入速率設(shè)有速率顯示屏幕，該速率顯示屏與電控裝置連接，電控裝置調(diào)節(jié)空氣注入壓力實現(xiàn)指定注入速率。

本發(fā)明還提供一種粉塵遷移實驗方法，該方法使用上述的一種粉塵遷移實驗裝置，該方法實現(xiàn)步驟如下：

1)將遷移室進行抽真空到指定壓力，采用外力將粉塵從存儲粉塵室壓到遷移室，將遷移室加熱到指定溫度。

2)壓縮氣體經(jīng)過儲氣罐、流量計和閥門進入遷移室，通過壓力控制進氣速率。

3)通過粒子速度成像在線測量粉塵濃度，同時，實驗后通過光學(xué)顯微鏡等觀察薄膜上吸附的粉塵來對比獲得粉塵遷移速率。實驗完成后，將儲粉罐抽為真空，通過遷移室和儲粉罐的壓差來將粉塵排到儲粉罐，實現(xiàn)粉塵的有效重復(fù)利用。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明特征在于通過空氣壓力調(diào)節(jié)粉塵速率，可以初步獲得注入壓力和注氣速率關(guān)系，通過實驗比較流量計和壓力間關(guān)系，掌握注入壓力和注氣速率的關(guān)系，在輸入條件時直接輸入噴粉速率，簡化實驗步驟。

(2)本發(fā)明特征在于采用粒子速度成像裝置來在線測量粉塵，結(jié)合觀察薄膜上吸附粉塵質(zhì)量評估粉塵遷移速度。

(3)本發(fā)明特征在反應(yīng)前將遷移室抽為負(fù)壓，注粉裝置通過快接可移動固定于粉塵遷移室右側(cè)邊，粉塵遷移室壁面小孔和注粉裝置的小孔對應(yīng)時，通過外力將粉塵注入遷移室，注入完成后，轉(zhuǎn)動注粉裝置,使其密封。在遷移室側(cè)邊有擋板，可以讓粉塵在重力作用下沉積在遷移室底部，不遷移到遷移室其他區(qū)域。該設(shè)計克服每次實驗需要打開窗口進行裝粉的缺點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種粉塵遷移實驗裝置示意圖；

圖2為粉塵注入結(jié)構(gòu)示意圖

圖中附圖標(biāo)記含義為：1為窗口，2為粉塵遷移室，3為支架，4為集塵薄膜，5為儲氣室，6為氣閥，7為排氣閥，8為擋板，9為壓力表，10為手動閥門，11為空壓機，12為注粉裝置，13為真空泵，14為壓力計，15為限位孔，16為轉(zhuǎn)盤，17為圓柱形裝粉罐，18為限位桿，19為喇叭口，20為坡面，21為方管，22為圓管，23為粒子速度測量系統(tǒng)，24為質(zhì)量流量計。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實例進一步說明本發(fā)明。

本發(fā)明一種粉塵遷移實驗裝置，包括模擬粉塵產(chǎn)生裝置、注氣裝置和粉塵監(jiān)測裝置。粉塵反應(yīng)前將反應(yīng)粉塵遷移室2抽為負(fù)壓，所述注粉裝置12通過快接可移動固定于粉塵遷移室2右側(cè)邊，粉塵遷移室2壁面限位孔15和注粉裝置12的小孔對應(yīng)時，通過外力將粉塵注入粉塵遷移室2，注入完成后，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤16，使其密封。在粉塵遷移室2側(cè)邊有擋板8，可以讓粉塵在重力作用下沉積在粉塵遷移室2底部，不遷移到其他區(qū)域，實驗完成后通過打開位于粉塵遷移室2底部的排氣閥7，排出粉塵和氣體，為下一次實驗做準(zhǔn)備。該設(shè)計壁面每次實驗需要打開窗口進行裝粉的缺點。遷移室中心位置固定有支架3，支架3結(jié)點上放置有集塵薄膜4，粉塵遷移室2的右側(cè)壁設(shè)置有2個空氣進入口，進氣口為喇叭形狀，有利于氣體擴散，后接小口徑方管21，再接大口徑圓管22，通過氣閥6控制空氣進入，所述圓管22和儲氣室5鏈接，在方管21和儲氣室5之間設(shè)置有質(zhì)量流量計24，儲氣室5與空壓機11相連，壓力表9和手動閥門10位于儲氣室5與空壓機11之間，用于有壓力控制。所述測試段可形成紊流或?qū)恿鳉饬?，模擬聚變堆失真空事故下空氣或冷卻劑進入真空室的流場。通過空氣壓力調(diào)節(jié)粉塵速率，通過下面的理想公式可以初步獲得注入壓力和注氣速率關(guān)系：

其中，υ為注氣速率、γ為氣體絕熱指數(shù)、r為氣體摩爾常數(shù)、為氣體平均溫度、m為氣體摩爾質(zhì)量、ps為粉塵遷移室2初始壓力、pδ為儲氣罐壓力。

通過實驗比較流量計和壓力間關(guān)系，掌握注入壓力和注氣速率的關(guān)系，在輸入條件時直接輸入注氣速率，簡化實驗步驟。粉塵遷移室2中心位置內(nèi)固定有支架3，支架固定點上有集塵薄膜4，上方安裝有壓力表9，該設(shè)計實現(xiàn)不同壓力范圍的壓力精確測量，在容器壁面左側(cè)安裝有窗口1，通過粒子速度測量系統(tǒng)23在線測量粉塵濃度。該成像系統(tǒng)由he-ne激光來布局激光區(qū)域，光學(xué)鏡由圓柱體棱鏡將光束轉(zhuǎn)換成線性并通過四分之一棱鏡轉(zhuǎn)換成光片，高速攝像機在空氣進入之前開始觸發(fā)。同時，實驗后通過光學(xué)顯微鏡等觀察薄膜上吸附的粉塵。在反應(yīng)容器上部開孔設(shè)置點火裝置，可以實現(xiàn)粉塵遷移和粉塵爆炸測量裝置于一體在壁面安裝靜態(tài)壓力傳感器。

本發(fā)明過程是：將遷移室進行抽真空到指定壓力，采用外力將粉塵從存儲粉塵室壓到遷移室，將遷移室加熱到指定溫度。壓縮氣體經(jīng)過儲氣罐、流量計和閥門進入遷移室，通過壓力控制進氣速率。通過粒子速度成像系統(tǒng)在線測量粉塵濃度，同時，實驗后通過光學(xué)顯微鏡等觀察薄膜上吸附的粉塵來對比獲得粉塵遷移速率。實驗完成后，將儲粉罐抽為真空，通過遷移室和儲粉罐的壓差來將粉塵排出。