CN107957384A - 一种超临界水中细颗粒运动观测实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超临界水中颗粒物质运动观测实验装置，包括：由压力容器外壁(4)制备的压力容器，其内填充有带有颗粒物质的水；探头(5)，其发射的X射线透过压力容器外壁(4)，并以图片形式记录和收集压力容器内颗粒物质的运动情况；防护层(3)，其防止探头(5)的射线辐射，并加强压力容器外壁(4)的结构强度；升压泵(1)，其将带有颗粒物质的水加压注入压力容器中；和，固定设置于压力容器底端的加热板(6)，其对压力容器内的带有颗粒物质的水进行加热。所述装置耐压强度大，通过探头可以通过可视化的形式对超临界状态的颗粒物质的运动沉积变化进行直观的、明确的研究，研究结果的可信度高。

Description

一种超临界水中细颗粒运动观测实验装置

技术领域

本发明属于能源领域和机械应用领域，具体涉及一种超临界水中细颗粒运动观测实验装置。

背景技术

自从20世纪50年代以来，人们开始逐渐探索使用核能进行发电。在环境保护成为大趋势的前提下，大力安全地发展核电，已经成为节能减排的重要途径和方法。

超临界水堆(SCWR)是六种第四代核反应堆中唯一以轻水做冷却剂的反应堆，它是在现有水冷反应堆技术和超临界火电技术基础上发展起来的革新设计。与目前运行的水冷堆相比，它具有系统简单、装置尺寸小、热效率高、经济性和安全性更好的特点。这让SCWR成为一种比较有前途的先进核能系统。

在超临界水堆的压力容器中，冷却剂在正常工况下并不会达到超临界状态。在正常工况下，冷却剂会对回路管道、燃料组件等产生冲蚀，会在冷却剂中形成一定量的冲蚀产物；这些冲蚀产物以细颗粒的形式存在，随冷却剂一起运动。

另外，冷却剂在生产过程中有可能掺杂着某些不溶性物质，如果这些物质熔点较高，那么在冷却剂的工作状态下依然以固态颗粒形式存在。

这些细颗粒掺杂在冷却剂中，将影响冷却剂的流动性和膨胀性，从而降低冷却剂的能量转化能力；细颗粒随着冷却剂流动过程中对管道和相关设备的冲刷还会加速设备的老化和磨损，危及设备和系统的安全性；另外，当发生严重事故时，冷却剂中的颗粒物如果与冷却剂一起排放到环境中，将会危害环境。

当超临界水堆发生严重事故工况时，例如，失流事故，此时，压力容器中的冷却剂基本不再循环流动，无法实现冷却作用，使得反应堆中压力容器的内部压力极易升高，使冷却剂升至超临界压力状态。

细颗粒物质在超临界压力状态下随冷却剂在压力容器中流动，其对冷却剂能量转化、对设备磨损的影响与正常工况下存在差异。所以在严重事故工况下，研究超临界压力下压力容器内部细颗粒的运动沉积变化，对于探索细颗粒运动沉积规律，快速释放其中的衰变热能，具有重要的作用意义。

在目前已有的相关实验装置中，虽然具有超临界水自然循环实验装置，可以达到超临界水的状态，但是其为封闭循环回路，不具有可视化的功能，不能观测介质在其内部的运动变化特征；或者，一些细颗粒运动沉积实验装置虽具有可视化功能，但是其压力在亚临界压力以下，不具有超临界水的压力特征。

因而，超临界水中细颗粒运动变化规律的实验装置，在能源实验及机械装置研究领域具有非常广阔的应用前景。

由于上述原因，本发明人对现有的技术进行改进，研究出一种超临界水中颗粒物质运动观测实验装置。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出超临界水中细颗粒运动观测实验装置，所述装置

具体来说，本发明的目的在于提供一种超临界水中颗粒物质运动观测实验装置，该实验装置包括：

由压力容器外壁4制备的压力容器，其内填充有带有颗粒物质的水；

探头5，其发射端和接收端对称设置于压力容器外壁4的侧壁外侧并固定于防护层3的内壁，所述探头5发射的X射线透过压力容器外壁4，并以图片形式记录和收集压力容器外壁4内颗粒物质的运动情况；

防护层3，其包覆在探头5和压力容器外壁4的外周，防止探头5的射线辐射到装置外部，并加强压力容器外壁4的结构强度；

升压泵1，其与压力容器外壁4的下部连接，并将带有颗粒物质的水加压注入压力容器中；

固定设置于压力容器底端的加热板6，其对压力容器内的带有颗粒物质的水进行加热。

所述压力容器外壁4的耐受压力为22～27MPa，优选为25～27MPa。

所述压力容器外壁4的侧壁上固接有位置和大小与探头5适配的观察窗8；

所述观察(8由蓝宝石晶体、金刚石或耐高温玻璃制成，优选为蓝宝石晶体。

所述防护层3使用铅、不锈钢、钼铬合金钢或钛合金制备，优选使用铅制备。

所述防护层3沿探头5的发射端和接收端连接方向竖直分为两个大小不同部件，探头5固定于分割面积较大的部件的侧壁内侧上。

所述防护层3的两个组成部件的连接处，设置有管道孔，以容纳与压力容器连接的管道。

所述升压泵1与防护层3之间还设置有防止压力容器内的水倒流的逆止阀2。

在压力容器外壁4的顶端还设置有机械阀7，当压力容器内的压力超过设定限度时，自动泄压至限度以下。

所述机械阀7将压力容器中压力的调整至23～27MPa。

本发明还提供了一种使用上述的超临界水中颗粒物质运动观测实验装置的进行颗粒运动观测实验的方法，包括以下步骤：

(1)设定机械阀的压力调整范围为23-27MPa；

(2)启动加压泵，向压力容器内注入带有颗粒物质的水，使压力容器内的水压升至3～5MPa后，停止注水；

(3)启动加热板，当压力容器的水温达到350℃时，探头自动启动X射线拍照功能，对压力容器内的颗粒物质进行拍照；

当压力容器内的水温达到了374℃时，加热板自动停止加热；

(4)探头持续拍照，将压力容器中颗粒物质的移动轨迹以图片形式记录下来，并将收集的图像信息以光电信号的方式传输到外部的信号采集收集器，实现颗粒运动轨迹的观测。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)本发明提供的装置耐压强度大，并且具有压力容器外壁，通过探头可以通过可视化的形式对超临界状态的颗粒物质的运动沉积变化进行直观的、明确的研究，研究结果的可信度高；

(2)在本发明提供的实验装置中，具有可控制的升压、加热部件，能够使得耐压强度很大的压力容器外壁4内的水达到超临界状态；机械阀7可以在压力超过限度后自动释放压力至限度以下，稳定压力，提高了装置的安全性。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的超临界水中颗粒物质运动观测实验装置示意图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的超临界水中颗粒物质运动观测实验装置示意图；

图3示出根据图1中所示的超临界水中颗粒物质运动观测实验装置的左视示意图；

图4示出图1中所示的超临界水中颗粒物质运动观测实验装置的俯视示意图。

附图标号说明：

1-加压泵

2-逆止阀

3-防护层

4-压力容器外壁

5-探头

6-加热板

7-机械阀

8-可视窗

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些示例性的说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

根据本发明提供的一种超临界水中颗粒物质运动观测实验装置，如图1所示，在所述实验装置中具有一个可以容纳轻水的压力容器和用于对压力容器内的水加热的加热板，用于模拟超临界水反应堆中压力容器内的状况。

在超临界水反应堆中的压力容器中，使用轻水作为冷却剂；本发明提供的超临界水中细颗粒运动观测实验装置中，可以通过升压泵1向压力空间内注入水，以模拟超临界水反应堆压力容器中的冷却剂。

在本发明中，所述水是指分子量为18.015的轻水，所述水经过除盐净化处理去除其中的离子；优选所述水为蒸馏水，这样可以避免在高温条件下由于不同离子相互结合或理化性质改变导致的析出，使得检测结果更为准确和可信。

在所述注入的水中，还可以分别添加1200ppm用量的硼酸和氢氧化锂作为添加剂，使压力空间内注入的水与超临界水堆压力容器内的冷却剂成分更为接近，检测结果也更为接近实际情况。

进一步的，在注入的水中添加设定用量的颗粒物质，以模拟反应堆中压力容器内的由冲蚀产物和不溶物质构成的细颗粒。

其中，所述颗粒物质是指粒径(D₉₀)为2微米～50微米的颗粒状物质，所述颗粒物质选自四氧化三铁、氧化镍、氧化锆和三氧化二铬中的一种或多种。所述颗粒物质包括了可能的冲蚀产物和不溶性物质，能够很好的模拟压力容器中的细颗粒。所述颗粒物质可以根据目的需求的不同任意改变颗粒物质的种类、粒径和用量配比。

在研究单一种类的颗粒物质运动规律时，可以加入四氧化三铁、氧化镍、氧化锆和三氧化二铬中的任一种。例如，向水中加入粒径为5～10微米的四氧化三铁细颗粒；或者，向水中加入粒径为4～8微米的氧化镍细颗粒。单一种类的颗粒物质在超临界状态下运动规律的研究是颗粒运动观测研究的基础，有助于对成分更复杂的颗粒物质的运动规律的进一步研究。

当对成分更复杂的颗粒物质的运动规律进行研究时，可以向水中加入四氧化三铁、氧化镍、氧化锆和三氧化二铬中的两种或两种以上的物质。例如，粒径为5～10微米的四氧化三铁细颗粒和粒径为3～9微米的三氧化二铬细颗粒混合物。所述混合颗粒中不同物质的用量比根据目的不同可以任意改变。

本发明提供的颗粒运动观测实验装置尤其适用于单一种类颗粒物质运动规律的观测，可以直观地、准确地观测选定的颗粒物质的运动轨迹。

由于压力容器外壁4需要耐受其内的超临界水的高温和高压，水在超临界点时，温度为373.15℃；压力为22.1MPa。因此，压力容器外壁4和可视窗8应当可以耐受超临界水的高温和高压。

在一种优选的实施方式中，所述压力容器外壁4由能够耐受400℃高温的透明材料制备，更优选所述制备材料选自蓝宝石晶体、金刚石和耐高温玻璃，所述材料具有良好的光线穿透效果，还具有较高的硬度和耐热性能。

例如，所述压力容器外壁4由蓝宝石晶体，尤其是蓝宝石透明晶体制成。当蓝宝石晶体环绕压力空间一体成型形成封闭容器，所述封闭容器便是本发明提供的超临界水中细颗粒运动观测实验装置中的压力容器，如图2所示。

在该种优选的实施方式中，所述压力容器由蓝宝石晶体制成，压力容器的体积为0.008～0.512m³，优选其体积为0.064～0.216m³；所述压力容器的壁厚为8mm～30mm，优选为15mm～20mm；此时，压力容器可以耐受22～27MPa，尤其是25～27MPa的压力。

在一种优选的实施方式中，所述压力容器外壁4为由不锈钢、钼铬合金钢或钛合金等制备并得到封闭容器，所述封闭容器即压力容器，并在压力容器侧壁对称的两侧分别设置有可视窗8，如图1所示。

更优选的，将蓝宝石晶体对称设置于压力容器侧壁的两侧作为可视窗8，使探头5能够清晰地对压力容器内的细颗粒运动状况进行拍照。

可视窗8与压力容器的侧壁可以通过接头基座和紧固螺栓进行连接，中间配合使用一次挤压成型黄铜垫片进行安装，以使压力容器密闭不泄露。

在这种优选的实施方式中，所述压力容器的体积为0.008～0.512m³，优选其体积为0.064～0.216m³；所述压力容器的壁厚为8mm～30mm，优选钼铬合金钢的厚度为15mm～20mm；压力容器外壁4上的由蓝宝石晶体制成的可视窗8的厚度优选为15mm～20mm。此时，压力容器可以耐受22～27MPa，尤其是25～27MPa的压力。

所述压力容器侧壁4上的可视窗8的面积大小与探头5的拍照端相匹配。

由蓝宝石晶体制成的压力容器或可视窗8不仅具有良好的光线穿透效果，更为重要的是，所述蓝宝石晶体不溶于水，也不容易受到酸碱物质的腐蚀和冲刷；蓝宝石晶体硬度高达莫式硬度9级，可以承受较高的压力强度，从而保证实验装置中压力容器的完整性和稳定性。

所述压力容器可以设置为圆柱形或立方形，对其形状并不做具体限定。考虑到后续的探头安装和防护层的组装，优选设置为制备简单、操作方便的立方体或长方体形状。

在本发明提供的实验装置中还设置有升压泵1，升压泵1和压力容器之间设有连接通道，用于管道内工质水的连通，优选所述连接通道为窄缝型连接通道。升压泵1具有较大的压力，能够将水注入到密闭空间中，使压力容器中的水压达到3～5MPa，然后停止注水。

所述注入压力容器的水中添加的添加剂和颗粒物质随水流一同流入压力容器内，从而完成了待观测颗粒物质在压力容器内的添加。

在一种优选的实施方式中，所述升压泵1与压力容器之间的连接通道上还设有逆止阀2，所述逆止阀2可以防止压力容器中的水流出，避免注水升压后，压力容器内的水反向流入加压泵1中，对升压泵1进行保护。

所述逆止阀2可以承受压力容器中较大的水压，所述逆止阀例如可以是旋启式止回阀、升降式止回阀和压紧式机械止回阀。

逆止阀2和压力容器外壁4之间的连接通道与压力容器外壁4固定连接，在连接接头处配备有一次成型的厚度为1.0-2mm厚的黄铜垫片，通过压紧变形后形成密封环，从而起到压力容器密封不漏水的效果。

在压力容器侧壁的外侧设置有探头5，探头5可以发射X光射线，将X光射线投射到压力容器内部，X光射线可以透过压力容器外壁4，对容器内部的颗粒物质持续拍照，将容器内部的颗粒物质运动沉积变化通过拍照以图片的形式记录下来。通过高温绝热的光电信号电缆传输装置，将探头5生成的图像信息，以光电信号的方式传输到外部的信号采集收集器，从而实现超临界状态下颗粒物质运动沉积变化情况的收集，进而实现对超临界状态下颗粒物质运动沉积规律的研究。

所述探头5具有发射端和接收端，优选将探头5的发射端和接收端对称设置于压力容器侧壁4或可视窗8的两侧，能够使接收端更好的接受发射端发送的信号。

在一种优选的实施方式中，可以在压力容器侧壁的外侧设置一个探头5，所述探头5的拍摄方向与角度保持不变。

所述探头5还可以设置有多个，在压力容器侧壁的外周，环向绕设，这样，探头5可以全方位立体的对压力容器内部的颗粒物质进行持续拍照，从不同角度记录颗粒物质的运动轨迹，更好的研究超临界状态下颗粒物质的运动沉积规律；当使用这种设置时，需要设置有两个以上的可视窗8或将压力容器制备为透明的。

探头5可以为X射线光探头中的任意一种，只要满足其X射线的强度能够穿透压力容器外壁4或可视窗8即可。

优选的，所述探头可以为密封管式X射线仪，其X射线的强度为0.01mSv/s～0.05mSv/s，透过压力容器外壁4或可视窗8，对压力容器内的颗粒物质进行拍照，可以清晰地得到显示颗粒物质位置的图片。

通过探头5的持续拍照，将压力容器中探头5拍摄区域的颗粒物质的移动轨迹以图片形式记录下来，从而将压力容器内该区域的颗粒物质的移动轨迹以可视化的方式记录下来，达到研究超临界状态下颗粒物质的运动沉积规律的目的。

由于探头5具有强烈的放射性，会对周围环境、设备和操作人员产生射线危害，因此，有必要在探头5的外周设置有防护层3，以屏蔽探头5的射线辐射。

优选的，在压力容器外壁4的外侧全部设置有防护层3，并且，将探头5设置于防护层3和压力容器外壁4之间。所述防护层3的设置可以有效避免射线辐射到实验装置以外的环境中，起到保护操作人员的作用；另外，防护层3装设于压力容器外壁4的外侧，可以加强整个实验装置的结构强度，保证压力容器内部可以最高承受27MPa的超临界压力，保持整个实验装置的完整性和安全性。

所述防护层3和压力容器外壁4之间还可以设有密闭垫片，以使二者紧密贴合，当压力容器中的压力逐渐增大，压力容器外壁4发生轻微变形挤压密闭垫片，防护层3通过密闭垫片向压力容器外壁4施加反向作用力，使压力容器外壁4内外的压力平衡。通过在压力容器外壁4的外侧设置防护层3，加强了压力容器外壁4的耐压强度。

所述密闭垫片优选由黄铜一次成型制备得到，厚度为1.2-1.7mm，例如1.5mm。

所述防护层3和压力容器外壁4之间也可以不设置密闭垫片。例如，防护层3和压力容器外壁4的大小和形状相匹配，这样，防护层3同样可以起到防护X射线和增强压力容器外壁4耐压强度的作用；防护层3和压力容器外壁4之间还可以不贴合，由于压力容器外壁4的耐压强度高，防护层3也可以起到防护X射线和增强实验装置安全性的作用。

所述防护层3由具有X射线屏蔽作用的金属材料制备，例如可以使用铅、不锈钢、钼铬合金钢、钛合金等进行制备，优选使用防护效果良好和机械强度较大的铅进行制备。

所述防护层3还为探头5提供了固定支撑力。优选所述探头3处于所述防护层3的内侧，并位于防护层3竖直方向中间部位，探头5通过螺栓进行紧固安装连接。

为了便于安装探头5和便于颗粒运动观测实验装置的组装，所述防护层3优选分为两部分进行组装安装。

在一种优选的实施方式中，所述防护层3沿探头5的发射端和接收端连接方向竖直分开；更优选所述得到的防护层3的两部分大小不同，这样便于将探头5固定于分割剩余面积较大的一个部件的侧壁内侧，如图3和图4所示，在使用时将两部分组装为一个整体进行使用。

所述防护层3的两部分可以通过环绕防护层3水平周向环绕的卡箍、抱箍或绳索进行紧固实现固定连接。

在两个组成部件的连接处，设置有与逆止阀2和机械阀7连接管道适配的圆孔，以容纳逆止阀2和机械阀7的连接管道，如图3和图4所示。

所述防护层3与探头5的连接处，优选在防护层3的内壁设置有凹陷以容纳探头5；

在另一种实施方式中，所述防护层3与探头5接触的地方向外凸出形成容纳探头5的空间。

所述防护层3的厚度为20mm～50mm，优选厚度为35mm～45mm，可以使得防护层3外部的射线辐射强度在0～0.001mSv/h，不会伤害操作人员。

在本发明提供的实验装置中，在压力容器的底部还设有加热板6，所述加热板6使用电加热，可以快速实时的进行加热或停止加热。

所述加热板6通过控制平台设定加热温度，启动加热后，在压力容器的底部进行加热。压力容器外壁4由重金属或蓝宝石晶体制成，可以传导热量；当加热板6启动加热后，可以对压力容器内的水进行加热，从而提高水的温度，使压力容器内温度和压力逐渐达到水的超临界点。

所述加热板6可以将压力容器内的水加热至374℃以上。

优选的，所述加热板6与压力容器外壁4固定连接；更优选的，压力容器内设置有水温探测器，当压力容器的水温达到374℃时，加热板6自动停止加热；同时，当压力容器的水温达到350℃时，探头5自动启动拍照功能。

由于在本发明提供的实验装置具有加热部件，并在防护层3内热量聚集无法释放，因此，当压力容器内的水温达到374℃时，加热板6会自动停止加热。同时，对于在防护层3内设置的探头5和加热板6，应当使用绝缘耐热材料进行保护，以适用于高温环境下的长期使用。

水在达到超临界状态后，提高温度和/或压力并不会引起水再次发生相变，因此，使压力容器内的温度和压力保持在水的超临界点以上便可以使水始终在超临界状态。

随着压力容器内的水逐渐受热，压力容器中的压力逐渐上升。为了维持压力的稳定，在压力容器的顶部，贯穿防护层3和压力容器外壁4，设置有机械阀7。在机械阀7和压力容器外壁4之间设置有相应的连接通道，用于管道内工质水通过机械阀7与外界的连通，在连接接头处配备有特制一次成型的黄铜垫片，通过压紧变形后形成密封环，从而起到压力容器密封不漏水的效果。

所述机械阀7可以在压力容器内的压力达到设定值后安全释放压力容器内的压力，以维持压力稳定和保证压力容器的安全性。

所述机械阀7对压力容器中压力的调整范围为23～27MPa，当压力容器中的压力超过限度27MPa后，压力容器外壁4内部的临界水介质通过顶部的机械阀7卸出多于的介质(水)，当压力降至限度值以下时，机械阀7自动关闭。

所述机械阀7通过调整压力容器中的压力，保证了实验装置的稳定性。机械阀7可以使用现有技术中高压容器中常用的机械安全阀，例如使用奥氏体合金不锈钢制备的弹簧式高压机械密封安全阀。

在本发明提供的实验装置中，具有可控制的升压、加热部件，能够使得耐压强度很大的压力容器外壁4内的水达到超临界状态；机械阀7可以在压力超过限度后自动释放压力至限度以下，稳定压力，提高了装置的安全性。

在压力容器外壁4构成的压力容器内，水及其内的颗粒物质受到加热加压，在非超临界状态和超临界状态下，水受热产生流动，水中的颗粒会产生热泳运动。水中的颗粒物质在热对流和热泳运动的影响下，会发生移动，产生相应的运动轨迹和运动规律。

通过本发明提供的实验装置，可以通过探头5对压力容器内的颗粒物质进行持续拍照，将水中颗粒物质的运动沉积变化规律形成图片记录下来，并将图片信息传输至信息采集收集器，通过可视化的形式对超临界状态的颗粒物质的运动沉积变化进行直观的、明确的研究，研究结果的可信度高。

当使用本发明提供的超临界水中颗粒物质运动观测实验装置的进行颗粒运动观测实验时，所述观测试验的方法包括以下步骤：

(1)设定机械阀的压力调整范围为23-27MPa；

(2)启动加压泵，向压力容器内注入带有颗粒物质的水，使压力容器内的水压升至3～5MPa后，停止注水；

(3)启动加热板，当压力容器的水温达到350℃时，探头自动启动X射线拍照功能，对压力容器内的颗粒物质进行拍照；

当压力容器内的水温达到了374℃时，加热板自动停止加热；

(4)探头持续拍照，将压力容器中颗粒物质的移动轨迹以图片形式记录下来，并将收集的图像信息以光电信号的方式传输到外部的信号采集收集器，实现颗粒运动轨迹的观测。

通过本发明提供的实验装置研究得到的研究结果有助于理清超临界水反应堆发生严重事故工况(例如失流事故)后，压力容器内冷却剂轻水及其内的细颗粒的状态，有利于正确修复或处理压力容器内的设施或物料，利于环境和设备安全；

所述研究还可以使人们对超临界水反应堆内的实际运行情况更清楚和更透彻，以利于设备的常规维护和更换，提高了反应堆设备和系统的安全性。

实施例

由蓝宝石晶体制备的压力容器，其中，压力容器的为正方体形状，由钼铬合金钢制成。其中，压力容器的体积为0.216m³；压力容器的壁厚为18mm，可视窗由蓝宝石晶体制成，厚度为18mm。

可视窗与压力容器的侧壁通过接头基座和紧固螺栓进行连接，中间配合使用一次挤压成型黄铜垫片进行安装，以使压力容器密闭不泄露

防护层由铅制备，其厚度为40mm；其在安装探头处形成凹陷，通过螺栓、配合使用一次挤压成型黄铜垫片将探头固定安装于防护层的内侧。

在压力容器的可视窗外侧安装有拍摄范围能覆盖压力容器的密封管式型号X射线发射器，强度为0.02mSv/s。

压力容器的底端设置有加热板，可以对压力容器内的介质进行加热至374℃，然后停止加热。

在压力容器的下部，贯穿防护层和压力容器外壁，设置有注水加压管道，在所述管道的远离压力容器的一侧设置有升压泵，在升压泵和防护层之间设置有逆止阀，通过所述管道，升压泵将水注入压力容器中，并加压至5MPa。

在所述水中添加四氧化三铁颗粒物质，其添加量为3.0ng/ml，粒径(D₉₀)为8微米。

在压力容器的顶端，贯穿防护层和压力容器顶壁，设置有机械安全阀，当压力容器内的压力在27MPa之上时自动泄压至27MPa以下。

在压力容器内的温度达到350℃，压力为20MPa时，X射线发射器启动拍照功能，对压力容器内的颗粒物质进行拍照，图片信息以光信号形式传送至射线信号接受器，实现颗粒在超临界状态下的运动沉积状态信息收集。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接普通；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超临界水中颗粒物质运动观测实验装置，其特征在于，该实验装置包括：

由压力容器外壁(4)制备的压力容器，其内填充有带有颗粒物质的水；

探头(5)，其发射端和接收端对称设置于压力容器外壁(4)的侧壁外侧并固定于防护层(3)的内壁，所述探头(5)发射的X射线透过压力容器外壁(4)，并以图片形式记录和收集压力容器外壁(4)内颗粒物质的运动情况；

防护层(3)，其包覆在探头(5)和压力容器外壁(4)的外周，防止探头(5)的射线辐射到装置外部，并加强压力容器外壁(4)的结构强度；

升压泵(1)，其与压力容器外壁(4)的下部连接，并将带有颗粒物质的水加压注入压力容器中；和，

固定设置于压力容器底端的加热板(6)，其对压力容器内的带有颗粒物质的水进行加热。

2.根据权利要求1所述实验装置，其特征在于，所述压力容器外壁(4)的耐受压力为22～27MPa，优选为25～27MPa。

3.根据权利要求1或2所述实验装置，其特征在于，所述压力容器外壁(4)的侧壁上固接有位置和大小与探头(5)适配的观察窗(8)；

所述观察窗(8)由蓝宝石晶体、金刚石或耐高温玻璃制成，优选为蓝宝石晶体。

4.根据权利要求3所述实验装置，其特征在于，所述防护层(3)使用铅、不锈钢、钼铬合金钢或钛合金制备，优选使用铅制备。

5.根据权利要求2或4所述实验装置，其特征在于，所述防护层(3)沿探头(5)的发射端和接收端连接方向竖直分为两个大小不同部件，探头(5)固定于分割面积较大的部件的侧壁内侧上。

6.根据权利要求5所述实验装置，其特征在于，所述防护层(3)的两个组成部件的连接处，设置有管道孔，以容纳与压力容器连接的管道。

7.根据权利要求1或6所述实验装置，其特征在于，所述升压泵(1)与防护层(3)之间还设置有防止压力容器内的水倒流的逆止阀(2)。

8.根据权利要求7所述实验装置，其特征在于，在压力容器外壁(4)的顶端还设置有机械阀(7)，当压力容器内的压力超过设定限度时，自动泄压至限度以下。

9.根据权利要求8所述实验装置，其特征在于，所述机械阀(7)将压力容器中压力的调整至23～27MPa。

10.一种使用权利要求1-8之一所述的超临界水中颗粒物质运动观测实验装置的进行颗粒运动观测实验的方法，包括以下步骤：

(1)设定机械阀的压力调整范围为23-27MPa；

(2)启动加压泵，向压力容器内注入带有颗粒物质的水，使压力容器内的水压升至3～5MPa后，停止注水；

(3)启动加热板，当压力容器的水温达到350℃时，探头自动启动X射线拍照功能，对压力容器内的颗粒物质进行拍照；

当压力容器内的水温达到了374℃时，加热板自动停止加热；

(4)探头持续拍照，将压力容器中颗粒物质的移动轨迹以图片形式记录下来，并将收集的图像信息以光电信号的方式传输到外部的信号采集收集器，实现颗粒运动轨迹的观测。