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CN103353466A - 一种固态金属热流密度的测量方法 - Google Patents

一种固态金属热流密度的测量方法 Download PDF

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CN103353466A
CN103353466A CN2013102737821A CN201310273782A CN103353466A CN 103353466 A CN103353466 A CN 103353466A CN 2013102737821 A CN2013102737821 A CN 2013102737821A CN 201310273782 A CN201310273782 A CN 201310273782A CN 103353466 A CN103353466 A CN 103353466A
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CN
China
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point
temperature
testee
hole
heat flow
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Pending
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CN2013102737821A
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English (en)
Inventor
张震
熊万玉
王雄
李朋洲
卓文彬
韩群霞
张兴武
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Nuclear Power Institute of China
Original Assignee
Nuclear Power Institute of China
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Abstract

本发明公布了一种固态金属热流密度的测量方法，包括（A）确定被测物体导热系数l(W/m.℃)；（B）测量孔的加工；（C）在测量孔内分别安装温度测量装置；（D）位于A点、B点的温度测量装置分别测量A点、B点的温度，得到A点温度为TA，B点温度为TB；（E）根据公式计算出被测物体中A点至B点方向的热流密度。本发明测量孔的存在对被测固体影响较小，可实时、精确的测量获得金属固体内部被测点之间的热流密度，测量装置结构简单，制造工艺易于实现，热流密度测量范围宽，可针对1kW/m2～10MW/m2之间的热流密度进行高精度测量，还具有稳定性高、抗干扰能力强等优点。

Description

一种固态金属热流密度的测量方法
技术领域
本发明涉及热流密度测量领域，具体是一种固态金属热流密度的测量方法。
背景技术
从人类开始利用核能至今，全球已经发生了多起严重的核泄漏事故，比如美国三里岛核泄漏事故、前苏联切尔诺贝利核泄漏事故和日本福岛核泄漏事故。通过分析上述核泄漏事故的发展和处理过程可以发现，将堆芯熔融物滞留在压力容器内，保证反应堆压力容器的完整性，可以极大地缓解严重事故的进一步发展和恶化。现在，已有较为完整的反应堆熔融物堆内滞留策略，影响反应堆熔融物堆内滞留策略能否成功的关键点即在于压力容器下封头外表面流动传热特性以及临界热流密度。
为了掌握下封头外表面流动传热特性以及获得压力容器下封头外表面临界热流密度限值，迫切需要一种固态金属热流密度的测量方法，该方法必须能实时、精确的测量获得金属固体内部被测点之间的热流密度，以实现严重事故条件下核反应堆压力容器下封头外表面临界热流密度的实验测量。
目前还没有测量固体金属热流密度的测量装置和测量方法，也没有相关文字记载。
发明内容
本发明的目的在于提供应用于一种固态金属热流密度的测量方法，达到实时、精确的测量获得金属固体内部被测点之间热流密度的目的，以实现严重事故条件下核反应堆压力容器下封头外表面临界热流密度的实验测量。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种固态金属热流密度的测量方法，包括以下步骤：
（A）确定被测物体导热系数l (W/m.℃)；
（B）测量孔的加工，A点距离被测物体表面最近的距离为LA,B点距离被测物体表面最近的距离为LB，A点至B点之间的距离为L；
（C）在测量孔内分别安装温度测量装置，温度测量装置的末端分别位于A点、B点；
（D）位于A点、B点的温度测量装置分别测量A点、B点的温度，得到A点温度为TA，B点温度为TB；
（E）根据以下公式计算出被测物体中A点至B点方向的热流密度
Figure 2013102737821100002DEST_PATH_IMAGE001
                     
其中，q为所需热流密度，单位为W/m2；TA为A点温度，单位为℃；TB为B点温度，单位为℃；l为导热系数，单位为W/m.℃；L为A点至B点的长度，单位为m。
本发明一种固态金属热流密度的测量方法，当在空气介质中工作时，被测物体可以为带电或非带电的金属，常温～600℃，首先根据具体的被测物体得到其对应的导热系数l，然后任意选取两个被测点，A点和B点，加工出测量孔，然后将温度测量装置安装在测量孔内，由温度测量装置将所测量的温度实时传递出来，根据公式就可以计算出被测物体中A点至B点方向的热流密度，在此方法中，由于测量孔的直径远远小于被测固体金属，因此，测量孔的存在对被测固体影响较小，可实时、精确的测量获得金属固体内部被测点之间的热流密度，测量装置测温结构简单，易于实现，对被测金属内部温度分布影响很小，制造工艺易于实现，热流密度测量范围宽，可针对1kW/m2～10MW/m2之间的热流密度进行高精度测量，由于温度测量装置中的热偶丝被包裹在铠装热偶外壳内，铠装热偶外壳之外还设置有绝缘套管，绝缘套管使得温度测量装置不直接接触被测物体，在被测物体带电时可以使得温度测量不受被测物体的电流干扰，铠装热偶外壳材质为金属，当测量环境存在电磁场干扰时，热偶丝被包裹在铠装热偶外壳内可以使得温度测量不受电磁场干扰，因此具有稳定性高、抗干扰能力强的优点。
所述步骤（B）中，在满足测量精度需求和抗干扰能力的前提下，尽量选择外径最小的固态金属内部温度测量装置，温度测量装置的绝缘套管外径为d，d取值范围为5??10-4～2??10-3m。A点测量孔是从被测物体表面距离A点最近之处开始向A点方向钻盲孔形成的，盲孔深度为LA，盲孔直径为D，D=d+e，e为安装裕量，e取值范围为2??10-5～5??10-5m，盲孔底端加工成平底；B点测量孔是从被测物体表面距离B点最近之处开始向B点方向钻盲孔，盲孔深度为LB，盲孔直径为D，D=d+e，e为安装裕量，e取值范围为2??10-5～5??10-5m，盲孔底端加工成平底。为了使得安装简便，可以考虑盲孔直径的安装裕量，安装裕量的取值范围根据现有机械加工能力给出，实际操作时可根据现场工作环境以及经济效益综合决定。
所述步骤（C）中，温度测量装置包括热偶丝，在热偶丝上套装有绝缘套管，在被测金属的测量孔与绝缘套管之间还安装有铠装热偶外壳。采用带有铠装外壳的热电偶进行温度测量的目的是，当测量环境存在电磁场干扰时，带有铠装外壳的热电偶具有更强的抗干扰能力。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明一种固态金属热流密度的测量方法，由于测量孔的直径远远小于被测固体金属，因此，测量孔的存在对被测固体影响较小，可实时、精确的测量获得金属固体内部被测点之间的热流密度，测量装置结构简单，易于实现，对被测金属内部温度分布影响很小，制造工艺易于实现，热流密度测量范围宽，可针对1kW/m2～10MW/m2之间的热流密度进行高精度测量，还具有稳定性高、抗干扰能力强等优点。
附图说明
图1为本发明测量装置的安装结构示意图。
附图中标记及相应的零部件名称：
1—被测金属，2—绝缘套管，3—铠装热偶外壳，4—热偶丝。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本发明一种固态金属热流密度的测量方法，按照以下步骤实现：（A）确定被测物体导热系数l (W/m.℃)。测量装置在空气介质中工作，被测物体可为带电或非带电金属，工作温度为常温～600℃。根据国家标准规定，对被测物体的导热系数进行检定，获得工况条件下被测物体导热系数为l (W/m.℃)；
（B）测量孔的加工，在满足测量精度需求和抗干扰能力的前提下，尽量选择外径最小的固态金属内部温度测量装置，温度测量装置的绝缘套管外径为d，d取值范围为5??10-4～2??10-3m。假设A点距离被测物体表面最近的距离为LA,B点距离被测物体表面最近的距离为LB，A点至B点之间的距离为L，从被测物体表面距离A点最近之处开始向A点方向钻盲孔，盲孔深度为LA，盲孔直径为D，D=d+e，e为安装裕量，e取值范围为2??10-5～5??10-5m，盲孔底端需加工成平底，不得有锥度；从被测物体表面距离B点最近之处开始向B点方向钻盲孔，盲孔深度为LB，盲孔直径为D，D=d+e，e为安装裕量，e取值范围为2??10-5～5??10-5m，盲孔底端需加工成平底，不得有锥度；
（C）在测量孔内分别安装温度测量装置，温度测量装置的测温端部分别位于A点、B点，温度测量装置包括热偶丝4，在热偶丝4上套装有铠装热偶外壳3，铠装热偶外壳3外套装有绝缘套管2，绝缘套管2的长度大于测量孔的深度，铠装热偶外壳3的长度大于绝缘套管2的长度，绝缘套管2固定在被测金属1的测量孔内；
（D）位于A点、B点的温度测量装置分别测量A点、B点的温度，得到A点温度为TA，B点温度为TB，并实时的将温度TA、TB传递出来；
（E）根据传递出的实时温度数据TA、TB，利用以下公式计算出被测物体中A点至B点方向的热流密度
Figure 112953DEST_PATH_IMAGE001
                     
其中，q为所需热流密度，单位为W/m2；TA为A点温度，单位为℃；TB为B点温度，单位为℃；l为导热系数，单位为W/m.℃；L为A点至B点的长度，单位为m，根据得到的热流密度q，可以调整模拟器件的发热状态，从而更加真实地模拟出严重事故条件下核反应堆压力容器下封头外表面临界热流密度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种固态金属热流密度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
（A）确定被测物体导热系数l (W/m.℃)；
（B）测量孔的加工，A点距离被测物体表面最近的距离为LA,B点距离被测物体表面最近的距离为LB，A点至B点之间的距离为L；
（C）在测量孔内分别安装温度测量装置，温度测量装置的末端分别位于A点、B点；
（D）位于A点、B点的温度测量装置分别测量A点、B点的温度，得到A点温度为TA，B点温度为TB；
（E）根据以下公式计算出被测物体中A点至B点方向的热流密度
Figure 2013102737821100001DEST_PATH_IMAGE002
                           
其中，q为所需热流密度，单位为W/m2；TA为A点温度，单位为℃；TB为B点温度，单位为℃；l为导热系数，单位为W/m.℃；L为A点至B点的长度，单位为m。
2.根据权利要求1所述的一种固态金属热流密度的测量方法，其特征在于：所述步骤（B）中，A点测量孔是从被测物体表面距离A点最近之处开始向A点方向钻盲孔形成的，盲孔深度为LA，盲孔直径为D，D=d+e，e为安装裕量，e取值范围为2??10-5～5??10-5m，盲孔底端加工成平底；B点测量孔是从被测物体表面距离B点最近之处开始向B点方向钻盲孔，盲孔深度为LB，盲孔直径为D，D=d+e，e为安装裕量，e取值范围为2??10-5～5??10-5m，盲孔底端加工成平底。
3.根据权利要求1所述的一种固态金属热流密度的测量方法，其特征在于：所述步骤（C）中，温度测量装置包括热偶丝（4），在热偶丝（4）上套装有铠装热偶外壳（3），在被测金属（1）的测量孔与铠装热偶外壳（3）之间还安装有绝缘套管（2）。
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