本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫熔融物擴(kuò)展壅塞實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

嚴(yán)重事故是一個(gè)多相態(tài)、多組分的復(fù)雜物理和化學(xué)過(guò)程，堆芯燃料組件熔化以及熔融物在反應(yīng)堆內(nèi)棒束通道間隙內(nèi)的擴(kuò)展及消熔過(guò)程是嚴(yán)重事故重要早期行為序列，具有很大的不確定性且難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

國(guó)際上關(guān)于嚴(yán)重事故燃料熔化和燭化的研究，可以追溯到上世紀(jì)60年代，核電工業(yè)剛剛興起的時(shí)候。但是由于當(dāng)時(shí)在使用核電的國(guó)家中，并不需要進(jìn)行相關(guān)研究就可以取得核電執(zhí)照，所以相關(guān)的研究并沒有取得太大的進(jìn)展。直到70年代末，美國(guó)發(fā)生三哩島事故，給嚴(yán)重事故燃料熔化和燭化研究提供了直接的經(jīng)驗(yàn)和豐富的素材。隨后，德國(guó)進(jìn)行了CORA實(shí)驗(yàn)的研究，法國(guó)CEA進(jìn)行了PHEBUS實(shí)驗(yàn)的研究，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。而在程序開發(fā)方面，包括MELCOR，MAAP，SCDAP/RELAP5等都吸收并包含了國(guó)際上堆芯熔融物材料的熔化和燭化研究的模型和成果。

國(guó)內(nèi)關(guān)于嚴(yán)重事故的研究主要始于2011年的福島核事故。由于地震和海嘯，日本福島輕水堆核電廠發(fā)生了極其嚴(yán)重的堆芯熔化，氫氣爆炸和放射性泄露事故，對(duì)我國(guó)的核電廠反應(yīng)堆安全評(píng)估造成了巨大影響。氫氣爆炸和放射性泄露事故，對(duì)我國(guó)的核電廠反應(yīng)堆安全評(píng)估造成了巨大影響。由于福島事故的影響，中國(guó)政府加大了對(duì)嚴(yán)重研究力度并支持地方院校和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了針對(duì)嚴(yán)重事故的一系列研究。當(dāng)前，我國(guó)高校針對(duì)反應(yīng)堆嚴(yán)重事故，所進(jìn)行的主要實(shí)驗(yàn)研究，主要包括西安交通大學(xué)的堆芯熔融物內(nèi)保持CHF測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)架,上海交通大學(xué)的蒸汽爆炸測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，而在程序方面，主要進(jìn)行針對(duì)部分嚴(yán)重事故現(xiàn)象的程序開發(fā)，以及對(duì)現(xiàn)有的程序進(jìn)行集成，或者進(jìn)行程序的二次開發(fā)等工作。

綜合國(guó)內(nèi)外針對(duì)嚴(yán)重事故后堆芯材料熔化及熔融物的遷徙行為研究可以發(fā)現(xiàn)：1)由于牽涉多相多組分的物理化學(xué)過(guò)程，堆芯材料熔化及熔融物的遷徙行為的不確定性很大，各研究者之間的研究條件和結(jié)論具有較大差異；2)已有的系統(tǒng)程序模型和機(jī)理分析模型，都存在大量的簡(jiǎn)化假設(shè)，已有模型的適用性十分有限；3)常規(guī)數(shù)值模擬方法很難處理這么復(fù)雜的多相多物理場(chǎng)行為。因此亟需深入開展壓水堆堆芯材料熔化及熔融物的遷徙行為實(shí)驗(yàn)研究。高溫熔融物擴(kuò)展壅塞實(shí)驗(yàn)研究有助于揭示堆芯材料熔化及熔融物的遷徙行為機(jī)理，降低現(xiàn)有嚴(yán)重事故分析程序的不確定性，是嚴(yán)重事故研究的基礎(chǔ)科學(xué)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高溫熔融物擴(kuò)展壅塞實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，用于揭示堆芯材料熔化及熔融物的遷徙行為機(jī)理，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化已有系統(tǒng)程序模型并開發(fā)機(jī)理分析模型，為常規(guī)數(shù)值模擬方法提供驗(yàn)證，降低現(xiàn)有嚴(yán)重事故分析程序的不確定性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種高溫熔融物擴(kuò)展壅塞實(shí)驗(yàn)裝置，包括加熱爐，所述加熱爐包括爐體，爐體為圓筒型結(jié)構(gòu)，并且采用氧化鋯制作；爐體內(nèi)沿爐體內(nèi)壁設(shè)置有一圈高溫隔熱層，爐體側(cè)壁上開設(shè)有若干透窗，透窗內(nèi)安裝有熱電偶；爐體內(nèi)中心豎直設(shè)置有若干測(cè)試棒；每根測(cè)試棒包括位于中心的鎢錸加熱棒，鎢錸加熱棒外側(cè)為氧化鋁層，氧化鋁層外側(cè)為鋯-4合金層；熱電偶熱端與氧化鋁層表面接觸，冷端穿過(guò)透窗；加熱爐下方設(shè)置有變壓器，變壓器與鎢錸加熱棒相連。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，該裝置還包括琴臺(tái)柜，琴臺(tái)柜上設(shè)置有溫度控制儀表、電流電壓表、空氣開關(guān)、溫控按鈕以及控制按鈕，溫度控制儀表、電流電壓表、空氣開關(guān)、溫控按鈕以及控制按鈕均與變壓器相連。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，每根測(cè)試棒的長(zhǎng)度為0.9m；鎢錸加熱棒的直徑為3mm，氧化鋁層的厚度為3.5mm，鋯-4合金層的厚度為1mm。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，測(cè)試棒采用3*3矩陣排列，每根測(cè)試棒的橫截面的直徑為12mm，相鄰兩個(gè)測(cè)試棒之間的距離為1.5mm。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，若干測(cè)試棒由包裹層包裹在一起。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述加熱爐內(nèi)徑為1.0m，爐體高度為1.5m，爐體壁厚度為0.01m。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，爐體頂部設(shè)置有弧形的爐蓋，爐蓋上開設(shè)有氬氣出口；爐體底部側(cè)壁上開設(shè)有氬氣進(jìn)口；爐體內(nèi)設(shè)置有用于支撐高溫隔熱層的鉬板。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，透窗的數(shù)量為6個(gè)，6個(gè)透窗沿爐體側(cè)壁螺旋式上升排布，相鄰的兩個(gè)透窗在豎直方向的距離為0.16m，6個(gè)透窗沿爐體側(cè)壁周向均勻分布，每個(gè)透窗處均設(shè)置有用于安裝熱電偶的熱電偶插孔；熱電偶輸出端還連接有可編程溫度控制系統(tǒng)。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述爐體底部設(shè)置有能夠旋轉(zhuǎn)的底蓋；若干測(cè)試棒的下方設(shè)置有用于盛裝測(cè)試棒的掉渣的坩堝；坩堝設(shè)置在氧化鋯塊上，氧化鋯塊設(shè)置在氧化鋁塊上；變壓器通過(guò)導(dǎo)電板與鎢錸加熱棒兩端相連。

一種高溫熔融物擴(kuò)展壅塞的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，0s時(shí)預(yù)熱階段開始，外部氬氣源向氬氣進(jìn)口持續(xù)通入10g/s的氬氣，以便排出實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)部的空氣和水蒸氣；鎢錸加熱棒加熱功率維持在1kW，用于加熱蒸發(fā)裝置材料中的水分并預(yù)熱測(cè)試棒；經(jīng)過(guò)2000.0s持續(xù)的加熱，實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的空氣和水蒸氣已經(jīng)完全排出，整個(gè)裝置內(nèi)充滿著化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的保護(hù)氣體；2000s時(shí)，瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)階段開始，同時(shí)關(guān)閉氬氣進(jìn)口和氬氣出口閥門；通過(guò)可編程溫度控制系統(tǒng)，使得加熱功率從1kW開始以0.01kW/s的速度上升至21kW后保持不變，直至瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)階段結(jié)束；此階段為測(cè)試棒熔化及熔融物遷徙的瞬態(tài)過(guò)程，通過(guò)高速攝像儀實(shí)時(shí)記錄；高速攝像儀拍攝的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最終保存于電腦中；5000s后停止加熱，待鎢錸加熱棒完全冷卻，熔融物熔化遷徙過(guò)程完全結(jié)束后，拍攝熔化掉落的熔融物分布情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果如下：

1.該實(shí)驗(yàn)裝置由于在爐體內(nèi)設(shè)置測(cè)試棒，測(cè)試棒的中心為鎢錸加熱棒，通過(guò)對(duì)鎢錸加熱棒進(jìn)行電加熱，模擬燃料棒衰變熱，實(shí)驗(yàn)加熱最高溫度可達(dá)2000℃，所以能夠真實(shí)模擬堆芯材料熔化及兩千度以上高溫熔融物的遷徙壅塞特性。

2.在爐體側(cè)開有若干可視化透窗，能夠動(dòng)態(tài)揭示堆芯材料熔化及熔融物的遷徙行為機(jī)理。

3.本發(fā)明中可方便更改測(cè)試棒棒束布置方式，以便于模擬各種類型反應(yīng)堆堆芯排布方式，從而揭示高溫熔融物在不同布置方式下的棒束間隙內(nèi)的流動(dòng)壅塞行為特性。

進(jìn)一步的，多個(gè)高溫?zé)犭娕嫉穆菪缴仙挪伎梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)熔化過(guò)程中測(cè)試棒不同高度全視角表面溫度的實(shí)時(shí)記錄收集，可作為傳統(tǒng)系統(tǒng)程序邊界條件或驗(yàn)證參數(shù)，并對(duì)已有模型驗(yàn)證提供準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，測(cè)試棒上下端均通過(guò)導(dǎo)電板與變壓器連接形成低壓高電流環(huán)路，鎢錸熱電偶輸出端還連接有可編程溫度控制系統(tǒng)，可編程溫度控制系統(tǒng)檢測(cè)測(cè)試棒表面溫度，并反饋給低壓高電流環(huán)路，防止測(cè)試棒表面溫度過(guò)高而產(chǎn)生危險(xiǎn)。

進(jìn)一步的，變壓器20輸入220V交流電輸出低于36V的低壓交流電，交流電通過(guò)導(dǎo)電板流入鎢錸加熱棒中，由于鎢錸加熱棒電阻很小，此環(huán)路電流很高，即使人體直接接觸也是無(wú)害的，因此設(shè)計(jì)是十分安全的。

本發(fā)明在0s時(shí)預(yù)熱階段開始，外部氬氣源向氬氣進(jìn)口持續(xù)通入10g/s的氬氣，以便排出實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)部的空氣和水蒸氣；鎢錸加熱棒加熱功率維持在1kW，用于加熱并蒸發(fā)測(cè)試棒和加熱爐內(nèi)材料中的水分并預(yù)熱測(cè)試棒；經(jīng)過(guò)2000.0s持續(xù)的加熱，實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的空氣和水蒸氣已經(jīng)完全排出，整個(gè)裝置內(nèi)充滿著化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的保護(hù)氣體；2000s時(shí)，瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)階段開始，同時(shí)關(guān)閉氬氣進(jìn)口和氬氣出口閥門；通過(guò)可編程溫度控制系統(tǒng)，使得加熱功率從1kW開始以0.01kW/s的速度上升至21kW后保持不變，直至瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)階段結(jié)束；此階段為測(cè)試棒熔化及熔融物遷徙的瞬態(tài)過(guò)程，通過(guò)高速攝像儀實(shí)時(shí)記錄；高速攝像儀拍攝的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最終保存于電腦中；5000s后停止加熱，待鎢錸加熱棒完全冷卻，熔融物熔化遷徙過(guò)程完全結(jié)束后，拍攝熔化掉落的熔融物分布情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以了解燃料棒熔化起始位置及熔融物遷徙動(dòng)態(tài)行為特性，對(duì)后續(xù)程序驗(yàn)證和模型修正改進(jìn)起到?jīng)Q定性作用。

附圖說(shuō)明

圖1為高溫熔融物擴(kuò)展壅塞實(shí)驗(yàn)裝置加熱爐示意圖。

圖2為高溫熔融物擴(kuò)展壅塞實(shí)驗(yàn)加熱爐截面圖。

圖3為測(cè)試棒截面示意圖。其中，(a)為剖視圖，圖(b)為俯視圖。

圖4為測(cè)試棒棒束布置示意圖。

圖5為熔融物蝕化實(shí)驗(yàn)裝置。

圖中，1為爐體，2為高溫隔熱層，3為測(cè)試棒，4為包裹層，5為爐蓋，6為透窗，7為氬氣出口，8為氬氣進(jìn)口，9為鉬板，10為坩堝，11為氧化鋯塊，12為氧化鋁塊，13為鎢錸加熱棒，14為氧化鋁層，15為鋯-4合金層，16為導(dǎo)電帽，17為熱電偶，18為導(dǎo)電板，19為琴臺(tái)柜，20為變壓器，21為溫度控制儀表，22為控制按鈕，23為溫控按鈕，24為顯示器，25為鍵盤，26為空氣開關(guān)，27為控制線，28為熱電偶插孔，29為臺(tái)架，30為底蓋。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

參見圖5，本發(fā)明包括操作琴臺(tái)柜19、變壓器20、多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、可編程溫度控制系統(tǒng)、可控硅、可控硅觸發(fā)器以及加熱爐等。

參見圖1，所述加熱爐包括爐體1，爐體1為圓筒型結(jié)構(gòu)，加熱爐內(nèi)徑為1.0m，爐體高度為1.5m，爐體壁厚度為0.01m。爐體1頂部設(shè)置有弧形的爐蓋5，弧形的爐蓋5成壓能力強(qiáng)一些，爐蓋5上開設(shè)有氬氣出口7；爐體1內(nèi)沿爐體1內(nèi)壁設(shè)置有一圈高溫隔熱層2，爐體1內(nèi)設(shè)置有用于支撐高溫隔熱層2的鉬板9；參見圖5，爐體1上開設(shè)有6個(gè)透窗6，透窗6的數(shù)量為6個(gè)，6個(gè)透窗6沿爐體1側(cè)壁螺旋式上升排布，相鄰的兩個(gè)透窗6在豎直方向的距離為0.16m，6個(gè)透窗6沿爐體1側(cè)壁周向均勻分布，每個(gè)透窗6處均設(shè)置有用于安裝熱電偶12的熱電偶插孔28。

熱電偶12采用鎢錸熱電偶；爐體1底部側(cè)壁上開設(shè)有氬氣進(jìn)口8。爐體1底部設(shè)置有底蓋30，底蓋30為可旋轉(zhuǎn)的蓋子。

爐體1內(nèi)中心豎直設(shè)置有若干測(cè)試棒3，測(cè)試棒3的頂部設(shè)置有導(dǎo)電帽16；具體的，測(cè)試棒的數(shù)量為9根，9根測(cè)試棒由橫截面為正方形狀的包裹層4包裹。

每根測(cè)試棒結(jié)構(gòu)如圖3所示，測(cè)試棒長(zhǎng)度為0.9m。測(cè)試棒的中心為直徑為3mm的鎢錸加熱棒13，鎢錸加熱棒13外側(cè)為厚度3.5mm的氧化鋁層14，氧化鋁層外側(cè)為厚度1mm的鋯-4合金層15。即測(cè)試棒由內(nèi)向外依次為鎢錸加熱棒13、氧化鋁層14以及鋯-4合金層15。

測(cè)試棒3采用如圖4所示的3*3(*表示乘號(hào))矩陣排列。每根測(cè)試棒的橫截面的直徑為12mm，相鄰兩個(gè)測(cè)試棒之間的距離為1.5mm；通過(guò)對(duì)位于中央的鎢錸加熱棒13進(jìn)行電加熱，模擬燃料棒衰變熱，實(shí)驗(yàn)加熱最高溫度可達(dá)2000℃。通過(guò)合理的布置熱電偶測(cè)量得到各測(cè)試棒的包殼溫度、熔融物及水蒸氣工質(zhì)溫度等瞬態(tài)參數(shù)，并用繪圖軟件繪制成二維圖，用以描述實(shí)驗(yàn)裝置的系統(tǒng)狀態(tài)。為獲得測(cè)試棒棒束表觀特征隨時(shí)間的變化，設(shè)置數(shù)臺(tái)攝像儀從不同方位對(duì)包裹層觀察，由高速攝像儀記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程，全面地記錄堆芯材料熔化及熔融物的遷徙動(dòng)態(tài)特性，為已有系統(tǒng)程序模型修正提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。若干測(cè)試棒3的下方設(shè)置有用于盛裝測(cè)試棒3的掉渣的坩堝10。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可以通過(guò)坩堝內(nèi)的熔融物位置分布及熔融物質(zhì)量等情況，真實(shí)反映熔化過(guò)程中熔融物遷移最終脫離燃料棒的行為特性。坩堝10設(shè)置在氧化鋯塊11上，氧化鋯塊11設(shè)置在氧化鋁塊12上。

參見圖1，爐體采用氧化鋯材料，可以承受2000℃以上的高溫。加熱爐的爐體內(nèi)包裹層內(nèi)為測(cè)試棒棒束區(qū)域，包裹層4周圍為高溫隔熱層2，高溫隔熱層2采用氧化鋯隔熱材料，以保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境的溫度并保護(hù)外界環(huán)境。高溫隔熱層部分打孔，用于布置可視化透窗6和鎢錸熱電偶，孔高為35mm，寬為35mm。鎢錸熱電偶熱端與氧化鋁層14表面接觸，冷端從熱電偶插孔中引出放置在爐體1外部。熱電偶冷端通過(guò)透窗孔導(dǎo)出外界環(huán)境中，溫度滿足冷端要求。熱電偶使用前先進(jìn)行標(biāo)定，通過(guò)熱電偶實(shí)時(shí)測(cè)量氧化鋁表面的溫度并通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將曲線呈現(xiàn)在琴臺(tái)柜19處供檢測(cè)。高溫隔熱層的材料使用環(huán)形鉬板9支撐。

參見圖5，加熱爐設(shè)置在臺(tái)架29上，臺(tái)架29下部設(shè)置有變壓器20，變壓器20通過(guò)導(dǎo)電板18與鎢錸加熱棒13相連。變壓器20還通過(guò)控制線27與琴臺(tái)柜19上的溫度控制儀表21、電流電壓表、空氣開關(guān)26、溫控按鈕23以及控制按鈕22相連。

爐體底部開設(shè)有氬氣進(jìn)口8，實(shí)驗(yàn)初期可持續(xù)通入氬氣，為實(shí)驗(yàn)熔化過(guò)程提供氬氣保護(hù)，以保證高溫熔化過(guò)程的安全。測(cè)試棒下放的坩堝用于收集熔化下落的熔融物，測(cè)試棒上下端均通過(guò)導(dǎo)電板18與變壓器20連接形成低壓高電流環(huán)路。

參見圖5，琴臺(tái)柜19上設(shè)置有連接著電腦主機(jī)的顯示器24、溫度控制儀表21、電流電壓表、空氣開關(guān)26、溫控按鈕23以及控制按鈕22；電腦主機(jī)連接有鍵盤25。低壓高電流環(huán)路的電壓電流等參數(shù)通過(guò)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量，然后通過(guò)換算將檢測(cè)結(jié)果顯示在電腦顯示器上，并實(shí)時(shí)保存。鎢錸熱電偶輸出端還連接有可編程溫度控制系統(tǒng)，可編程溫度控制系統(tǒng)檢測(cè)測(cè)試棒表面溫度，并反饋給低壓高電流環(huán)路，防止測(cè)試棒表面溫度過(guò)高而產(chǎn)生危險(xiǎn)。低壓高電流環(huán)路中還串聯(lián)有可控硅及可控觸發(fā)器，可控觸發(fā)器作為一種移相型電力控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱棒的電壓電流及功率的調(diào)節(jié)，使得鎢錸加熱棒以規(guī)定的功率曲線加熱表面的氧化鋁材料。

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)，變壓器20輸入220V交流電輸出低于36V的低壓交流電，交流電通過(guò)導(dǎo)電板18(即銅板)流入鎢錸加熱棒13中。由于鎢錸加熱棒13電阻很小，此環(huán)路電流很高，即使人體直接接觸也是無(wú)害的，因此設(shè)計(jì)是十分安全的。多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可采集實(shí)驗(yàn)裝置的多路溫度數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)裝置的輸入電壓和電流等，并實(shí)時(shí)記錄完整的運(yùn)行參數(shù)(時(shí)間和溫度)的數(shù)據(jù)記錄功能。數(shù)據(jù)顯示可選擇曲線圖及數(shù)據(jù)列表兩種表現(xiàn)方式。用曲線圖可快速全面掌握變化趨勢(shì)，用數(shù)據(jù)列表的形式能準(zhǔn)確了解分析每個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)值。所有記錄數(shù)據(jù)能長(zhǎng)期保存并能定期刻錄，以備以后查閱。數(shù)據(jù)的記錄具有確定的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)記錄不能更改，數(shù)據(jù)查閱操作簡(jiǎn)單實(shí)用。多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還可以監(jiān)控歷史報(bào)警記錄，可顯示并記錄在指定時(shí)間段發(fā)生了什么樣的報(bào)警，何時(shí)排除。可編程溫度控制系統(tǒng)通過(guò)琴臺(tái)柜操作，主要對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置電源輸出電壓進(jìn)行程序控制。加熱爐主要實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試棒的定量加熱并使得測(cè)試棒熔化，加熱爐的設(shè)計(jì)使得超兩千攝氏度的高溫熔化過(guò)程可以安全進(jìn)行。熔化產(chǎn)生的高溫熔融物會(huì)在測(cè)試棒棒束間隙中遷徙壅塞，并被透窗外的高速攝像儀所記錄下來(lái)，透窗設(shè)計(jì)可以使得整個(gè)熔化過(guò)程可視化。整個(gè)加熱爐體上有6個(gè)透窗，透窗由邊長(zhǎng)為35mm的正方形透明材料制作，由于高溫熔化過(guò)程將產(chǎn)生大量的熱和光，因此高速攝像儀前需要添加一個(gè)遮光器。

下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)方法具體如下：

整個(gè)實(shí)驗(yàn)在上述實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行之前，需要對(duì)6個(gè)鎢錸熱電偶進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定合格后實(shí)驗(yàn)開始。0s時(shí)預(yù)熱階段開始，外部氬氣源(氬氣瓶)向氬氣進(jìn)口持續(xù)通入10g/s的氬氣，以便排出實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)部的空氣和水蒸氣。鎢錸加熱棒加熱功率維持在1kW，用于加熱蒸發(fā)裝置材料中的水分并預(yù)熱測(cè)試棒。經(jīng)過(guò)2000.0s持續(xù)的加熱，可以認(rèn)為實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的空氣和水蒸氣已經(jīng)完全排出實(shí)驗(yàn)段，整個(gè)裝置內(nèi)充滿著化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的保護(hù)氣體。預(yù)熱階段主要目標(biāo)是為瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)階段提供一個(gè)氬氣保護(hù)的加熱環(huán)境，保證熔化過(guò)程的安全性，此階段熱電偶持續(xù)工作，監(jiān)測(cè)燃料棒表面溫度，此階段也可以視為瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)階段前的一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)程，提高后續(xù)瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。

2000s時(shí)，瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)階段開始，同時(shí)關(guān)閉氬氣進(jìn)口和氬氣出口閥門。通過(guò)可編程溫度控制系統(tǒng)，使得加熱功率從1kW開始以0.01kW/s的速度上升至21kW后保持不變直至瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)階段結(jié)束。此階段為測(cè)試棒(即燃料棒)熔化及熔融物遷徙的瞬態(tài)過(guò)程，需要通過(guò)高速攝像儀實(shí)時(shí)記錄。高速攝像儀前添加一個(gè)遮光板以防止熔化過(guò)程光過(guò)于耀眼而影響拍攝圖像，高速攝像儀拍攝的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最終保存于電腦中。瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)階段，琴臺(tái)柜顯示的電壓、溫度、加熱功率等參數(shù)十分直觀的反應(yīng)熔化過(guò)程，一旦參數(shù)超過(guò)設(shè)定閾值，報(bào)警就會(huì)響起，琴臺(tái)柜空氣開關(guān)自動(dòng)跳閘并關(guān)閉供電停止加熱。這將有效緩解熔化過(guò)程中可能出現(xiàn)的安全事故，保證實(shí)驗(yàn)裝置的安全。

5000s后停止加熱，冷卻階段開始，打開氬氣入口和氬氣出口閥門，冷氬氣持續(xù)冷卻鎢錸加熱棒。待鎢錸加熱棒完全冷卻，熔融物熔化遷徙過(guò)程完全結(jié)束后，拍攝熔化掉落的熔融物分布情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以了解燃料棒熔化起始位置及熔融物遷徙動(dòng)態(tài)行為特性。對(duì)后續(xù)程序驗(yàn)證和模型修正改進(jìn)起到?jīng)Q定性作用。

本發(fā)明可用于堆芯材料熔化及熔融物的遷徙實(shí)驗(yàn)中。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。