本發(fā)明屬于液態(tài)金屬反應(yīng)堆熱工水力學(xué)研究領(lǐng)域，涉及到液態(tài)重金屬流動(dòng)與傳熱特性研究領(lǐng)域，具體涉及一種切片式液態(tài)重金屬自然循環(huán)裝置，可為第四代鉛基冷卻反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，積累工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

背景技術(shù)：
近年來(lái)，液態(tài)重金屬合金(Pb、PbBi)因其具有獨(dú)特的中子學(xué)性能、傳熱能力及特有的安全性成為世界上第四代核能反應(yīng)堆的候選選冷卻劑之一，因此很多國(guó)家都在致力于液態(tài)重金屬冷卻劑的熱工水力特性研究，并為此相繼建立了各類(lèi)液態(tài)重金屬熱工水力回路實(shí)驗(yàn)裝置，開(kāi)展液態(tài)重金屬相關(guān)的流動(dòng)與傳熱研究，為第四代核能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證提供熱工水力數(shù)據(jù)與技術(shù)支持。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研與分析，世界上大部分液態(tài)重金屬回路均采用圓形管路作為平臺(tái)的主體結(jié)構(gòu)。如韓國(guó)HELIOS回路、意大利NACIE回路和瑞典TALL回路等均為圓形管道式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在這些裝置上只能獲得管線(xiàn)方向上的溫度及流量數(shù)據(jù)信息，且圓管尺寸直徑相對(duì)較小，不能從總體上對(duì)反應(yīng)堆堆芯真實(shí)發(fā)生的熱工水力現(xiàn)象進(jìn)行全局實(shí)驗(yàn)?zāi)M和驗(yàn)證。為了能夠便于開(kāi)展液態(tài)重金屬反應(yīng)堆熱工水力特性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，深入研究液態(tài)重金屬冷卻劑在堆內(nèi)的流動(dòng)特性，本文所述裝置通過(guò)采用矩形切片式方盒設(shè)計(jì)對(duì)反應(yīng)堆堆芯本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化和模擬，在降低研制成本的同時(shí)確保獲得比圓管式自然循環(huán)回路更為豐富的、貼近真實(shí)反應(yīng)堆運(yùn)行工況的復(fù)雜流場(chǎng)信息，可對(duì)反應(yīng)堆內(nèi)部液態(tài)重金屬流場(chǎng)進(jìn)行定性的模擬和驗(yàn)證性研究，該裝置能夠應(yīng)用于核工業(yè)技術(shù)研發(fā)和基礎(chǔ)科研領(lǐng)域，尤其是熱工水力學(xué)系統(tǒng)分析軟件與模擬軟件的驗(yàn)證，具有重要工程價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的技術(shù)目的：本發(fā)明提供的一種切片式液態(tài)重金屬自然循環(huán)裝置，其主體結(jié)構(gòu)采用矩形切片式框架，將換熱器、加熱組件等模擬反應(yīng)堆的關(guān)鍵構(gòu)建包含在一個(gè)整體盒式體系內(nèi)。具備自然循環(huán)、氣舉增強(qiáng)循環(huán)運(yùn)行功能，可以對(duì)液態(tài)重金屬反應(yīng)堆的運(yùn)行工況進(jìn)行模擬驗(yàn)證，對(duì)反應(yīng)堆非能動(dòng)自然循環(huán)能力進(jìn)行研究，獲得熱源與冷源換熱特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及兩者之間上腔室與下腔室中的液態(tài)重金屬冷卻劑溫度場(chǎng)與流速場(chǎng)分布。本發(fā)明的技術(shù)方案：一種切片式液態(tài)重金屬自然循環(huán)裝置，其特征在于所述裝置包括：存儲(chǔ)箱1，液位計(jì)2，氣路管3，排充管4，排充閥5，矩形回路主體6，插入式熱電偶7，換熱器8，膨脹箱9，液位計(jì)10，氣路管11，氣舉管12，上折流板13，文丘里流量計(jì)14，加熱組件15，下折流板16；存儲(chǔ)箱1位于裝置下方存儲(chǔ)液態(tài)重金屬，裝配有液位計(jì)2與氣路管3；排充閥5位于存儲(chǔ)箱1與矩形回路主體6之間的排充管4上；插入式熱電偶7均布在矩形回路主體6表面，探測(cè)液態(tài)重金屬溫度場(chǎng)；換熱器8與加熱組件15分別位于矩形回路主體6中的上部與下部；膨脹箱9在裝置最上端，裝配有液位計(jì)10和氣路管11；氣舉管12固定在膨脹箱9的法蘭上；折流板13與折流板16位于矩形回路主體6中的上部和下部；文丘里流量計(jì)14位于加熱組件15的上端，用于流量測(cè)量。所述的一種切片式液態(tài)重金屬自然循環(huán)裝置，其特征在于：所述矩形回路主體6為矩形切片式方盒，通過(guò)插入式熱電偶7測(cè)量液態(tài)重金屬在矩形回路主體6中全局性溫度分布參數(shù)，定性研究反應(yīng)堆堆芯流動(dòng)特性。所述的一種切片式液態(tài)重金屬自然循環(huán)裝置，其特征在于：所述矩形回路主體6中設(shè)計(jì)有可拆卸的折流板13和折流板14，對(duì)液態(tài)重金屬流場(chǎng)起到輔助增強(qiáng)流動(dòng)作用，模擬研究反應(yīng)堆上腔室與下腔室的溫度場(chǎng)與流速場(chǎng)分布。所述的一種切片式液態(tài)重金屬自然循環(huán)裝置，其特征在于：所述文丘里流量計(jì)14位于加熱組件15上端，保證測(cè)量液態(tài)重金屬流量的前提下不破壞加熱組件15的進(jìn)出口流場(chǎng)環(huán)境，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：比常規(guī)圓管式結(jié)構(gòu)的液態(tài)重金屬回路能全面的對(duì)液態(tài)重金屬反應(yīng)堆的運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證研究，獲得更為全面的流場(chǎng)與溫度場(chǎng)信息更，通過(guò)簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)裝置揭示液態(tài)重金屬反應(yīng)堆運(yùn)行工況下冷卻劑流動(dòng)特性。同時(shí)，可為系統(tǒng)程序模擬軟件的驗(yàn)證提供豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。附圖說(shuō)明圖1為一種切片式液態(tài)重金屬自然循環(huán)裝置透視圖；圖2為一種切片式液態(tài)重金屬自然循環(huán)裝置外觀圖；圖3為一種切片式液態(tài)重金屬自然循環(huán)裝置剖視圖；圖中：存儲(chǔ)箱1，液位計(jì)2，氣路管3，排充管4，排充閥5，矩形回路主體6，插入式熱電偶7，換熱器8，膨脹箱9，液位計(jì)10，氣路管11，氣舉管12，上折流板13，文丘里流量計(jì)14，加熱組件15，下折流板16。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明的一種切片式液態(tài)重金屬自然循環(huán)裝置，該裝置包括：存儲(chǔ)箱1，液位計(jì)2，氣路管3，排充管4，排充閥5，矩形回路主體6，插入式熱電偶7，換熱器8，膨脹箱9，液位計(jì)10，氣路管11，氣舉管12，上折流板13，文丘里流量計(jì)14，加熱組件15，下折流板16；存儲(chǔ)箱1位于裝置下方存儲(chǔ)液態(tài)重金屬，裝配有液位計(jì)2與氣路管3；排充閥5位于存儲(chǔ)箱1與矩形回路主體6之間的排充管4上；插入式熱電偶7均布在矩形回路主體6表面，探測(cè)液態(tài)重金屬溫度場(chǎng)；換熱器8與加熱組件15分別位于矩形回路主體6中的上部與下部；膨脹箱9在裝置最上端，裝配有液位計(jì)10和氣路管11；氣舉管12固定在膨脹箱9的法蘭上；折流板13與折流板16位于矩形回路主體6中的上部和下部；文丘里流量計(jì)14位于加熱組件15的上端，用于流量測(cè)量。所述矩形回路主體6為矩形切片式方盒，通過(guò)插入式熱電偶7測(cè)量液態(tài)重金屬在矩形回路主體6中全局性溫度分布參數(shù)，定性研究反應(yīng)堆堆芯流動(dòng)特性，熱電偶的數(shù)目可以根據(jù)實(shí)際需求增加和減少。所述矩形回路主體6中設(shè)計(jì)有可拆卸的折流板13和折流板14，對(duì)液態(tài)重金屬流場(chǎng)起到輔助增強(qiáng)流動(dòng)作用，模擬研究反應(yīng)堆上腔室與下腔室的溫度場(chǎng)與流速場(chǎng)分布，根據(jù)實(shí)際需求可以改變折流板的形狀和大小及分布。所述文丘里流量計(jì)14位于加熱組件15上端，保證測(cè)量液態(tài)重金屬流量的前提下不破壞加熱組件15的進(jìn)出口流場(chǎng)環(huán)境，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。本發(fā)明的工作過(guò)程如下：1)整個(gè)裝置處于加熱保溫及氬氣保護(hù)狀態(tài)，存儲(chǔ)箱1中裝載有液態(tài)重金屬；2)打開(kāi)氣路管3充入氬氣，將存儲(chǔ)箱1中的液態(tài)重金屬壓入裝置，同時(shí)，通過(guò)氣路管道11排出保護(hù)氣體，保證液態(tài)重金屬能夠進(jìn)入裝置中；3)液位計(jì)10指示信號(hào)觸發(fā)表明液態(tài)重金屬充滿(mǎn)裝置，關(guān)閉排充閥門(mén)5防止返流，關(guān)閉所有的氣路管3、氣路管11、氣舉管12；4)設(shè)定加熱組件15的加熱功率進(jìn)行加熱；5)設(shè)定換熱器8的換熱功率值進(jìn)行換熱；6)記錄文丘里流量計(jì)14及插入式熱電偶7的數(shù)值；記錄均勻布置在裝置上的插入式溫度計(jì)9溫度參數(shù)；7)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求打開(kāi)氣舉管12充入氣體開(kāi)展氣舉增強(qiáng)循環(huán)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)需要打開(kāi)氣路管11進(jìn)行排氣；8)運(yùn)行測(cè)試或?qū)嶒?yàn)完成后，停止加熱系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)，打開(kāi)排充閥5將液態(tài)鉛鉍流入存儲(chǔ)箱1。本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未做詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。