(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210387556.5 (22)申请日 2022.04.14 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 陈荣华　蔡庆航　肖鑫坤　张鹏辉　 田文喜　苏光辉　秋穗正　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 何会侠 (51)Int.Cl. G01N 21/84(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01N 21/03(2006.01) (54)发明名称 一种研究铅水相互作用的可视化实验装置 及方法 (57)摘要 一种研究铅水相互作用的可视化实验装置 及方法， 该实验装置包括： 氩气缓冲罐、 铅储存 罐、 实验段、 储水箱、 氩气罐、 排气阀、 管道上的阀 门、 热电偶、 压力表、 液位传感器和高速摄像仪； 氩气罐为氩气缓冲罐提供氩气 源， 氩气缓冲罐可 存有恒定压力的氩气， 用于驱动铅储存罐内的熔 融铅或铅铋 合金进入实验 段； 实验段为矩形窄缝 结构容器， 采用不锈钢材质， 一侧为石英玻璃板， 可通过高速摄像仪记录实验 段内的影像数据； 待 实验段内填充一定高度的熔融铅或铅铋合金， 开 启储水箱与实验 段连接管道上的任意阀门， 向实 验段注射高压水， 触发铅水相互作用； 本发明装 置能够获得铅水相互作用的可视化影像数据， 满 足铅水相互作用研究需求， 能够稳定长期地安全 运行， 同时满足目前的加工 工艺要求。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 115032191 A 2022.09.09 CN 115032191 A 1.一种研究铅水相互作用的可视化实验装置， 其特征在于： 该可视化实验装置包括： 氩 气缓冲罐(1)、 铅储存罐(2)、 实验段(3)、 储水箱(4)、 氩气罐(5)、 高速摄像仪(6)、 一号排气 阀(G1)、 二号排气阀(G2)、 三号排气阀(G3)、 减压阀(V1)、 气体调节阀门(V2)、 一号铅阀 (V3)、 二号铅阀(V4)、 三号铅阀(V5)、 四号铅阀(V6)、 一号压力表(P 1)、 二号压力表(P2)、 一 号热电偶(T1)、 二号热电偶(T2)和液位传感器(H)； 所述氩气罐(5)内充有高压氩气， 氩气罐 (5)通过减压阀(V1)与氩气缓冲罐(1)的进口端相连接； 氩气缓冲罐(1)上接有排气管和一 号压力表(P1)， 排气管的开度由一号排气阀(G1)控制； 氩气缓冲罐(1)出口端通过气体调节 阀门(V2)与铅储存罐(2)相连接； 铅储存罐(2)上接有排气管、 一号热电偶(T1)和液位传感 器(H)， 排气管的开度由二号排气阀(G2)控制； 铅储存罐(2)出口端通过一号铅阀(V3)与实 验段(3)相连接； 实验 段(3)上设置三个注 射口， 分别通过二号铅阀(V4)、 三号铅阀(V5)和四 号铅阀(V6)与储水箱(4)相连接； 储水箱(4)上接有排气管、 二号压力表(P2)和二号热电偶 (T2)， 排气管的开度由三号排气阀(G3)控制； 实验 段(3)为可视化实验 段， 高速摄像仪(6)置 于实验段(3)的一侧， 用于拍摄实验段。 2.根据权利要求1所述的一种研究铅水相互作用的可视化实验装置， 其特征在于： 氩气 缓冲罐(1)采用不锈钢材质， 耐压10MPa； 氩气罐(5)为氩气缓冲罐(1)提供氩气， 通过减压阀 (V1)控制氩气罐(5)注入氩气缓冲罐(1)的氩气量； 使用一号压力表(P1)， 测量氩气缓冲罐 (1)内的氩气压力； 通过控制一号排气阀(G1)将氩气缓冲罐(1)内的氩气排向环境； 通过控 制减压阀(V1)、 一号排气阀(G1)和观察一号压力表(P1)， 控制氩气缓冲罐(1)内的氩气压 力。 3.根据权利要求1所述的一种研究铅水相互作用的可视化实验装置， 其特征在于： 铅储 存罐(2)采用不锈钢材质， 内部存放铅或铅铋 合金， 罐体缠绕加热丝， 能将铅储存罐(2)内的 铅或铅铋合金加热熔化至500℃， 采用一号热电偶(T1)测量铅或铅铋合金温度， 罐体包裹有 绝热保温材料； 通过控制气体调节阀门(V2)， 控制氩气缓冲罐(1)注入铅储存 罐(2)氩气量； 铅储存罐(2)上的气体管道在罐体上部； 铅储存罐(2)的出口管道插至距离铅储存罐(2)底 部5厘米处， 管口浸没在熔融铅池中； 铅储存罐(2)内的氩气在熔融铅池上部， 在气压作用 下， 驱动熔融铅或铅铋合金进入出口管道； 通过一号铅阀(V3)控制熔融铅或铅铋合金进入 实验段(3)； 通过控制二号排气阀(G2)将铅储存 罐(2)内的氩气排向环境； 液位传感器(H)监 测铅储存罐(2)内的铅池深度， 防止铅池深度低于出口管道管口高度。 4.根据权利要求1所述的一种研究铅水相互作用的可视化实验装置， 其特征在于： 实验 段(3)为矩形窄缝结构， 宽度方向尺寸小于长度和高度方向尺寸的五十 分之一， 整体框架采 用不锈钢材质， 正面为透明石英玻璃板； 实验段(3)内能容纳高温铅或铅铋合金； 实验段(3) 表面缠有加热丝， 用于加热实验段(3)内的高温铅或铅铋合金； 实验段(3)除了透明石英玻 璃板侧均包裹有绝热保温材料； 透明石英玻璃板侧采用高功 率的加热丝， 补偿热量损失； 实 验段(3)布置有三个不同方向的注射口， 储水箱(4)向其注射高压水， 水注射后会与铅池接 触发生相互作用； 当铅和水在实验段内相互作用， 产生大量蒸汽， 矩形窄缝结构限制蒸汽泡 在宽度方向的生长， 蒸汽泡紧贴透明石英玻璃板内侧运动， 采用高速摄像仪(6)记录蒸汽泡 行为， 由此获得铅水相互作用的可视化影 像数据。 5.根据权利要求1所述的一种研究铅水相互作用的可视化实验装置， 其特征在于： 储水 箱(4)采用不锈钢材质， 耐压15MPa， 内部存放水， 罐体缠有加热丝能将水加热至高温高压状权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115032191 A 2态， 罐体包裹有绝热保温材料； 通过控制二号铅阀(V4)、 三号铅阀(V5)和四号铅阀(V6)向实 验段(3)注入高温高压水。 6.根据权利要求1所述的一种研究铅水相互作用的可视化实验装置， 其特征在于： 连接 铅储存罐(2)和实验段(3)的管道缠有加热丝， 用于加热管道， 防止管道 内的铅或铅铋合金 发生凝固。 7.根据权利要求1所述的一种研究铅水相互作用的可视化实验装置， 其特征在于： 实验 段(3)底部与铅储存罐顶部(2)距离小于1米， 减小将熔融铅或铅铋合金压入实验段所需的 氩气压力。 8.根据权利要求1所述的一种研究铅水相互作用的可视化实验装置， 其特征在于： 所有 连接管道均包裹有绝热保温材 料。 9.根据权利要求1至7任一项所述的一种研究铅水相互作用的可视化实验装置的工作 方法， 其特征在于： 初始状态所有阀门处于关闭状态， 铅储存罐(2)存放足够的铅或铅铋合 金， 储水箱(4)充满预设压力的高压水， 氩气罐(5)充满10MPa氩气， 所有实验设备和管道处 于抽真空状态； 调节铅储存 罐加热功 率， 将铅或铅铋合金熔化， 待一号热电偶(T1)测量数据 为目标温度； 检查液位传感器(H)测量数据， 保证 铅池深度大于10厘米； 打开减压阀(V1)， 待 一号压力表(P1)示数为5MPa， 关闭减压阀(V1)； 打开气体调节阀门(V2)； 打开一号铅阀 (V3)， 待实验段(3)内铅池深度足够， 关闭一号铅阀(V3)， 该过程必须保证液位传感器(H)测 量得到的铅池深度大于10厘米； 调节储水箱(4)加热功率， 将水加热至目标压力和温度； 将 高速摄像仪(6)置于实验段(3)的一侧， 启动高速摄像仪(6)； 打开并调节二号铅阀(V4)、 三 号铅阀(V5)和四号铅阀(V6)中的任一阀门， 向实验段(3)内的铅池注入高温高压水； 通过高 速摄像仪(6)记录铅水相互作用过程， 记录完毕后， 关闭对应铅阀， 由此获得铅水相互作用 的可视化影 像数据。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115032191 A 3