本发明专利技术公开了一种紧凑式的熔融物瞬态反应模拟装置及模拟方法，涉及核工业研究技术领域，解决了现有熔融物瞬态反应试验装置真空要求高、试验效率低的问题，提高了试验效率及准确性，具体方案如下：包括水冷坩埚、套设在水冷坩埚上的加热机构和屏蔽机构，所述水冷坩埚的顶部设有盖板，盖板上设有测温通道和投料通道，所述盖板分别与用于提供密度大于空气的惰性气体的供气系统和用于测量氧气含量的监测系统连接，所述屏蔽机构位于加热机构与水冷坩埚之间，所述屏蔽机构与盖板滑动连接以上下移动。动。动。
【技术实现步骤摘要】
一种紧凑式的熔融物瞬态反应模拟装置及模拟方法
[0001]本专利技术涉及核工业研究
，特别是涉及一种紧凑式的熔融物瞬态反应模拟装置及模拟方法。
技术介绍
[0002]堆芯熔融物进入压力容器下封头后会形成一定的熔池结构，根据各组分分布的不同，将会影响下封头内熔融物热源分布，从而影响压力容器外壁面的热流密度分布，过高的局部热流密度可能对压力容器外壁面冷却造成挑战。
[0003]早期IVR分析一般采用金属层在上，氧化层在下的两层结构。但是最新的研究表明，高温下熔池内的金属和氧化物可能发生相互作用，导致部分熔池元素在两相之间迁移，造成熔融物局部密度发生改变，从而改变分层结构。考虑到堆芯熔化和迁移进程是一个复杂的瞬态过程，在一定的情况下将可能形成三层熔池结构，进一步造成局部热流增强，挑战压力容器的完整性，亟需对堆芯的熔化和迁移进程进行模拟。
[0004]专利技术人发现，现有的用于模拟高温下熔融物瞬态反应的试验装置(CN111562282A)，其需要在装置整体外设置一个外罩，并将外罩与真空泵等结构连接，先抽真空再通惰性气体，以防止工质氧化，真空密封要求高，操作时间长；且在金属粒物料投加时，外界空气会因真空环境的影响快速进入外罩内部，进而进入到坩埚内，在进行金属投料时造成氧化，严重影响试验结果的准确性。
技术实现思路
[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种紧凑式的熔融物瞬态反应模拟装置及模拟方法，设置了能够提供密度大于空气的惰性气体的供气系统，供气系统与水冷坩埚连接，能够利用惰性气体将水冷坩埚内的氧气排出，无需抽真空操作，且在二次投料时空气不会进入水冷坩埚内，降低了密封要求、提高了试验效率，解决了现有熔融物瞬态反应试验装置真空要求高、试验效率低的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种紧凑式的熔融物瞬态反应模拟装置，包括水冷坩埚、套设在水冷坩埚上的加热机构和屏蔽机构，所述水冷坩埚的顶部设有盖板，盖板上设有测温通道和投料通道，所述盖板分别与用于提供密度大于空气的惰性气体的供气系统和用于测量氧气含量的监测系统连接，所述屏蔽机构位于加热机构与水冷坩埚之间，所述屏蔽机构与盖板滑动连接以上下移动。
[0008]作为进一步的实现方式，所述水冷坩埚由水冷坩埚塞、若干个竖直水冷管组成，每两个竖直水冷管连接为一个倒U形水冷通道，多个倒U形水冷通道组成了坩埚侧壁，侧壁内外烧结有ZrO2作为保护层，水冷坩埚及其保护层均设置在保护罩内，保护罩固定设置在支架上。
[0009]作为进一步的实现方式，所述保护罩的顶部被盖板遮盖，盖板上设有与水冷系统
连接的冷却水入口和冷却水出口，所述水冷管与盖板连通。
[0010]作为进一步的实现方式，加热机构套设在所述保护罩的外部，加热机构为感应线圈以及与感应线圈连接的高频电源。
[0011]作为进一步的实现方式，所述屏蔽机构为上下开口的屏蔽罩，屏蔽罩由能够吸收高频电磁能的材料制成，为防止感应加热超温，屏蔽罩采用中空水冷结构，屏蔽罩的直径小于加热机构。
[0012]作为进一步的实现方式，所述供气系统包括惰性气体瓶，惰性气体瓶通过第一管道与盖板上的进气口连接，第一管道上设有流量调节阀和流量计。
[0013]作为进一步的实现方式，所述监测系统通过第二管道与盖板上的排气口连接，所述监测系统包括设置在第二管道上的氧气传感器、排气阀和风机。
[0014]作为进一步的实现方式，所述测温通道、投料通道上均设有可拆卸的罩盖。
[0015]第二方面，本专利技术提供了一种模拟方法，具体如下：
[0016]首先将氧化物工质放入坩埚内，启动水冷系统和加热机构，试验过程中通过测温通道进行测温；
[0017]氧化物工质在空气环境下熔炼，待坩埚中氧化物工质充分熔化形成熔池后，通过投料通道将氧化物顶部硬壳去除；
[0018]打开供气系统逐渐增加惰性气体流量至设定值，以将水冷坩埚内的空气排出，根据氧气传感器判断装置内的气体环境；
[0019]装置内氧气排空后，调节屏蔽罩的高度至氧化物熔池上部，以将感应加热区域限定在氧化物区域；保持惰性气体流量，然后通过投料通道向坩埚加入设定量的金属物质，关闭顶部测温通道和投料通道，继续加热至所需反应时间；
[0020]完成加热后，保持水冷系统的运行，待铸锭冷却至室温后，停止试验，取出铸锭并分析。
[0021]作为进一步的实现方式，在氧化物工质投放加热时在氧化物工质内加入少量原型金属，初始点火使用的原型金属在熔炼过程中被氧化为氧化物并熔化。
[0022]作为进一步的实现方式，所述氧化物、原型金属均在试验前称重。
[0023]作为进一步的实现方式，所述铸锭采用X射线衍射、扫描电镜及光谱等进行分析。
[0024]上述本专利技术的有益效果如下：
[0025](1)本专利技术设置了能够提供氩气的供气系统，供气系统与水冷坩埚连接，能够利用密度大于空气的惰性气体将水冷坩埚内的氧气排出，无需抽真空操作，且在二次投料时空气不会进入水冷坩埚内，保证金属不被空气氧化，模拟真实熔融物迁移过程及其相互作用，降低了真空密封要求、提高了试验效率以及试验结果的准确性。
[0026](2)本专利技术屏蔽罩能够上下移动，无需整体移动水冷坩埚，大大降低了水冷坩埚的结构复杂性，方便了加热位置的调整，仅需手动调整即可实现，有效保证了调整精度。
[0027](3)本专利技术加料前将屏蔽机构移动至氧化物熔池上方，再进行金属投料，可以有效防止金属产生内热源，最大程度接近实际反应堆熔融物反应机理。
附图说明
[0028]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示
意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0029]图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的一种紧凑式的熔融物瞬态反应模拟装置的整体结构示意图(局部剖视)；
[0030]图2是本专利技术根据一个或多个实施方式的反应系统的剖面结构示意图；
[0031]图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
[0032]其中，1、支架；2、保护罩；3、水冷坩埚塞；4、水冷管；5、感应线圈；6、屏蔽罩；7、冷却水入口；8、冷却水出口；9、进气口；10、排气口；11、测温通道；12、投料通道；13、惰性气体瓶；14、流量调节阀；15、流量计；16、氧气传感器；17、排气阀门；18、风机。
具体实施方式
[0033]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0034]正如
技术介绍
所介绍的，现有的用于模拟高温下熔融物瞬态反应的试验装置，需要在装置整体外设置一个外罩，并将外罩与真空泵等结构连接，以保证真空环境，防止工本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种紧凑式的熔融物瞬态反应模拟装置，其特征在于，包括水冷坩埚、套设在水冷坩埚上的加热机构和屏蔽机构，所述水冷坩埚的顶部设有盖板，盖板上设有测温通道和投料通道，所述盖板分别与用于提供密度大于空气的惰性气体的供气系统和用于测量氧气含量的监测系统连接，所述屏蔽机构位于加热机构与水冷坩埚之间，所述屏蔽机构与盖板滑动连接以上下移动。2.根据权利要求1所述的一种紧凑式的熔融物瞬态反应模拟装置，其特征在于，所述水冷坩埚由水冷坩埚塞、若干个竖直水冷管组成，每两个竖直水冷管连接为一个倒U形水冷通道，多个倒U形水冷通道组成了坩埚侧壁，侧壁内外烧结有ZrO2作为保护层，水冷坩埚及其保护层均设置在保护罩内，保护罩固定设置在支架上。3.根据权利要求2所述的一种紧凑式的熔融物瞬态反应模拟装置，其特征在于，所述保护罩的顶部被盖板遮盖，盖板上设有与水冷系统连接的冷却水入口和冷却水出口，所述水冷管与盖板连通。4.根据权利要求2所述的一种紧凑式的熔融物瞬态反应模拟装置，其特征在于，加热机构套设在所述保护罩的外部，加热机构为感应线圈以及与感应线圈连接的高频电源。5.根据权利要求1所述的一种紧凑式的熔融物瞬态反应模拟装置，其特征在于，所述屏蔽机构为上下开口的屏蔽罩，屏蔽罩由能够吸收高频电磁能的材料制成，为防止感应加热超温，屏蔽罩采用中空水冷结构，屏蔽罩的直径小于加热机构。6.根据权利要求1所述的一种紧凑式的熔融物瞬态反应模拟装置，其特征在于，所述供气系统包括惰性气体瓶，惰性气体瓶通过第一管道与盖板上的进气口连接，第一管道上设有流量调节阀和流量计。7.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：田林，曹克美，张梦威，郑明光，严锦泉，王佳赟，张琨，芦苇，郭宁，王征远，
申请(专利权)人：上海核工程研究设计院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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