液态金属钠沸腾两相热工水力实验回路系统及其实验方法

1.一种液态金属钠沸腾两相热工水力实验回路系统，其特征在于，包括高温部分、低温部分和氩气支路；其中，
低温部分包括储钠罐（2）、电磁泵（3）和净化冷阱（4）；
高温部分包括再生加热器（6）、预热器（7）、试验段（8）和上部膨胀箱（9）；
氩气支路包括氩气瓶（1）、膨胀稳压箱（10）和真空泵（11）；
储钠罐（2）出钠管道从储钠罐（2）顶部伸出后延伸至第一三通点（A），储钠罐（2）出钠管道上焊接第一钠阀（1-1）；电磁泵（3）出口管道经第二钠阀（1-2）与第一三通点（A）相连，第一三通点（A）与再生加热器（6）壳侧入口通过管道连接，再生加热器（6）壳侧出口与预热器（7）入口相连，预热器（7）出口与试验段（8）入口相连，试验段（8）出口与上部膨胀箱（9）焊接连接，上部膨胀箱（9）出口与再生加热器（6）管侧入口相连，再生加热器（6）管侧出口管道延伸至第二三通点（B），而后与电磁泵（3）入口管道相连构成回路；电磁泵（3）进出口之间并联泵旁路，通过其上的第三钠阀（1-3）进行调节；第一三通点（A）与第二三通点（B）之间设置净化冷阱（4），由第四钠阀（1-4）进行调节；氩气瓶（1）通过第三气阀（2-3）与储钠罐（2）相连，通过第六气阀（2-6）与上部膨胀箱（9）相连；真空泵（11）通过第九钠阀（2-9）与膨胀稳压箱（10）相连，膨胀稳压箱（10）通过第十气阀（2-10）与上部膨胀箱（9）相连。
2.根据权利要求1所述的液态金属钠沸腾两相热工水力实验回路系统，其特征在于，储钠罐（2）与上部膨胀箱（9）内分别设置第一液位探针（3-1）与第二液位探针（3-2）。
3.根据权利要求1所述的液态金属钠沸腾两相热工水力实验回路系统，其特征在于，储钠罐（2）、上部膨胀箱（9）以及膨胀稳压箱（10）上分别装配压力表以及相应排气阀。
4.根据权利要求1所述的液态金属钠沸腾两相热工水力实验回路系统，其特征在于，连接第一三通点（A）与再生加热器（6）壳侧入口的管道上设有电磁流量计（5）。
5.根据权利要求1所述的液态金属钠沸腾两相热工水力实验回路系统，其特征在于，所述低温部分的材质为316L不锈钢。
6.根据权利要求1所述的液态金属钠沸腾两相热工水力实验回路系统，其特征在于，所述高温部分的材质为Incoloy800。
7.根据权利要求1所述的液态金属钠沸腾两相热工水力实验回路系统，其特征在于，储钠罐（2）出钠管道一端延伸至距离距储钠罐（2）底部150mm处。
8.基于权利要求1所述的液态金属钠沸腾两相热工水力实验回路系统的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）回路充钠：
回路启动前，回路所有气阀，钠阀处于关闭状态；先对储钠罐（2）内固态金属钠进行预热，待温度提升至200℃；然后对回路各部分管道进行预热，使回路低温部分及高温部分均达到200℃至300℃之间；三个压力表分别通过第一气阀（2-1）、第五气阀（2-5）以及第七气阀（2-7）连通储钠罐（2）、上部膨胀箱（9）以及膨胀稳压箱（10）；打开第一气阀（2-1）、第五气阀（2-5）以及第七气阀（2-7）从而可以通过压力表分别观察储钠罐（2）、上部膨胀箱（9）以及膨胀稳压箱（10）内压力；打开所有第一钠阀（1-1）、第二钠阀（1-2）、第三钠阀（1-3）和第四钠阀（1-4），使回路低温部分与高温部分联通；上部膨胀箱（9）上连通有第四气阀（2-4），打开第三气阀（2-3）通过氩气瓶（1）向储钠罐（2）内充入氩气进行加压，同时打开第四气阀（2-4）为上部膨胀箱（9）排气，将液态金属钠由储钠罐（2）压入整个回路；待上部膨胀箱（9）内液态钠到达预定液位时关闭第一钠阀（1-1）停止压钠；关闭第三气阀（2-3）以及第四气阀（2-4）完成回路充钠；
（2）回路启动与运行：
开启电磁泵（3），使回路内液态金属钠在电磁泵（3）的驱动下循环流动；通过调节第四钠阀（1-4）控制冷阱（4）所在支路的流量，通过调节第三钠阀（1-3）及第二钠阀（1-2）控制电磁泵（3）出口流量，从而调节流经试验段（8）的液态钠流速，连接第一三通点（A）与再生加热器（6）壳侧入口的管道上设有电磁流量计（5），由电磁流量计（5）进行观测液态钠流速；通过提升预热器（7）电加热功率来提升回路高温部分液态金属钠温度，直至试验段（8）进口温度达到试验要求温度；
（3）进行试验：
打开第九气阀（2-9）、第十气阀（2-10），开启真空泵（11）为膨胀稳压箱（10）及上部膨胀箱（9）抽真空；保持试验段（8）内流速、压力和温度，然后调节试验段（8）内电加热元件功率直至沸腾两相流动出现，采集试验所得数据；
（4）回路关闭：
试验数据采集完毕后，关闭真空泵（11），关闭第十气阀（2-10）；降低回路各部分加热功率，待回路内液态金属钠温度降低至300℃时，关闭电磁泵（3），打开第六气阀（2-6）为上部膨胀箱（9）充入氩气加压，同时打开第二气阀（2-2）为储钠罐（2）降压，从而使回路内液态金属钠流回储钠罐（2）；所述第二气阀（2-2）连通所述储钠罐（2）；待金属钠全部流回储钠罐（2）后，关闭回路各部分电加热设备及所有阀门。
9.基于权利要求1所述的液态金属钠沸腾两相热工水力实验回路系统的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）回路充钠：
回路启动前，回路所有气阀，钠阀处于关闭状态；先对储钠罐（2）内固态金属钠进行预热，待温度提升至200℃；然后对回路各部分管道进行预热，使回路低温部分及高温部分均达到200℃至300℃之间；三个压力表分别通过第一气阀（2-1）、第五气阀（2-5）以及第七气阀（2-7）连通储钠罐（2）、上部膨胀箱（9）以及膨胀稳压箱（10）；打开第一气阀（2-1）、第五气阀（2-5）以及第七气阀（2-7）从而可以通过压力表分别观察储钠罐（2）、上部膨胀箱（9）以及膨胀稳压箱（10）内压力；打开所有第一钠阀（1-1）、第二钠阀（1-2）、第三钠阀（1-3）和第四钠阀（1-4），使回路低温部分与高温部分联通；上部膨胀箱（9）上连通有第四气阀（2-4），打开第三气阀（2-3）通过氩气瓶（1）向储钠罐（2）内充入氩气进行加压，同时打开第四气阀（2-4）为上部膨胀箱（9）排气，将液态金属钠由储钠罐（2）压入整个回路；待上部膨胀箱（9）内液态钠到达预定液位时关闭第一钠阀（1-1）停止压钠；关闭第三气阀（2-3）以及第四气阀（2-4）完成回路充钠；
（2）回路启动与运行：
开启电磁泵（3），使回路内液态金属钠在电磁泵（3）的驱动下循环流动；通过调节第四钠阀（1-4）控制冷阱（4）所在支路的流量，通过调节第三钠阀（1-3）及第二钠阀（1-2）控制电磁泵（3）出口流量，从而调节流经试验段（8）的液态钠流速，连接第一三通点（A）与再生加热器（6）壳侧入口的管道上设有电磁流量计（5），由电磁流量计（5）进行观测液态钠流速；通过提升预热器（7）电加热功率来提升回路高温部分液态金属钠温度，直至试验段（8）进口温度达到试验要求温度；
（3）进行试验：
开启第九气阀（2-9）、第十气阀（2-10），启动真空泵（11）对膨胀稳压箱（10）和上部膨胀箱（9）抽真空；抽真空后关闭第九气阀（2-9）与真空泵（11）；打开第六气阀（2-6），通过氩气瓶（1）向上部膨胀箱（9）充入氩气，待达到所需压力后，调节试验段（8）电加热元件功率，直至沸腾两相流动出现，采集试验所得数据；
（4）回路关闭：
试验数据采集完毕后，关闭真空泵（11），关闭第十气阀（2-10）；降低回路各部分加热功率，待回路内液态金属钠温度降低至300℃时，关闭电磁泵（3），打开第六气阀（2-6）为上部膨胀箱（9）充入氩气加压，同时打开第二气阀（2-2）为储钠罐（2）降压，从而使回路内液态金属钠流回储钠罐（2）；所述第二气阀（2-2）连通所述储钠罐（2）；待金属钠全部流回储钠罐（2）后，关闭回路各部分电加热设备及所有阀门。

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