CN108257682A - 一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于流体流动控制技术领域，具体涉及一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构。本发明包括底壁，中间底壁，管道及侧槽道壁组成，本结构整体为一个凹槽，中间底壁和底壁之间的区域为管道，中间底壁上设置有若干圆形贯穿孔，以便液态金属锂由圆孔流入中间底壁上方。本发明提出的方法可以解决液体与固体底壁润湿性不好而带来的液态金属不能完全覆盖底壁的问题，该膜流系统的适应范围较广，能够较好的适应液态偏滤器的位形同时形成大面积的完全覆盖固体底壁的膜流流动。
Description
技术领域
本发明属于流体流动控制技术领域，具体涉及一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构。
背景技术
目前受控核聚变仍然面临发展合适的面对等离子体材料这一巨大技术挑战，至今研究人员还没有找到一种固体材料能够同时承受聚变堆极高的热流冲击及非常大的中子辐照损伤。因此流动的液态金属锂被提出作为聚变堆面对等离子体材料，用作聚变堆高热负荷部件(特别是偏滤器)的表面来承受极高的热流冲击及减少中子辐照损伤。已有的研究结果表明固体高热负荷材料在稳态情况下最高只能承受10MW/m2的表面热流冲击，而液态自由表面最高可承受50MW/m2的表面热负荷；同时液态锂是很好的中子慢化和增殖剂，可以有效降低聚变中子对固体结构材料的辐照损伤；通过流动液态锂的实时在线循环更新，可以避免出现类似固体材料的腐蚀和使用寿命问题；另外通过液态锂的循环更新还可以有效吸附和带走等离子体中的杂质粒子，实现低再循环运行模式，获得高约束等离子体放电，对实现等离子体的稳态运行有很大的帮助。
但对磁约束聚变堆，液态锂偏滤器的实现还有许多技术难题需要解决。首先需要解决的问题是如何在聚变堆强磁场的环境下建立能够完整覆盖固体底壁且稳定、厚度均匀的膜流流动。其中影响的两个关键因素为：液态锂与固体底壁的润湿性及梯度强磁场。已有的实验结果表明当液态锂与固体底壁的润湿性很差时，液态锂自由表面流容易收缩为溪状流而不能完全覆盖固体底壁。对未来磁约束聚变堆液态偏滤器其底壁固体材料与液态锂存在润湿性不好的问题，因此如何在润湿性不好的情况下实现液态锂膜流均匀稳定的完全覆盖固体底壁材料成为需要解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构，通过槽道结构及流动系统设计，引导和控制液态金属锂能够完全覆盖固体底壁，获得稳定的大面积锂膜流系统，为聚变堆液态偏滤器的实现奠定基础。
本发明的技术方案如下：
一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构，包括底壁，中间底壁，管道及侧槽道壁组成，本结构整体为一个凹槽，中间底壁和底壁之间的区域为管道，中间底壁上设置有若干圆形贯穿孔，以便液态金属锂由圆孔流入中间底壁上方。
一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构，本结构倾斜布置，使底壁倾斜，倾斜角度为10°-80°，液态金属锂从倾斜起来的顶端即本装置的入口端流入，一部分液态金属锂通过中间底壁与底壁之间的管道流动，同时在入口端中间底壁上方也有液态金属锂流入，从而与中间底壁贯穿孔流出的液态锂相互混合形成完全覆盖中间底壁2的锂膜流流动。
一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构，所述中间壁上的贯穿孔直径为1-3mm；液态金属锂流动方向垂直的相邻两个贯穿孔中心间距d4为4-6mm；沿流动方向相邻两排的圆孔中心距离d5为4-8mm；流动方向为纵向，纵向相邻两排之间相邻的两圆孔中心的距离d6为贯穿孔的半径。
一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构，底壁与中间底壁之间的管道的液态金属锂流入的流速V1范围为1m/s至5m/s，中间底壁上方的液态金属锂流入的流速V2范围为1m/s至5m/s，另V1需大于V2。
一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构，侧槽道壁的厚度为1-3mm，材料为铁素体钢或钒合金；
底壁及中间底壁的宽度d3为100-1000mm；
底壁及中间底壁的间距d2为3-10mm；
中间底壁上方锂膜流层的厚度d1范围为2-6mm。
本发明的有益效果在于：
本发明提出的方法可以解决液体与固体底壁润湿性不好而带来的液态金属不能完全覆盖底壁的问题，该膜流系统的适应范围较广，能够较好的适应液态偏滤器的位形同时形成大面积的完全覆盖固体底壁的膜流流动。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明结构示正视图。
图3为中间底壁结构示意图。
图中：1、锂膜流层；2、中间底壁；3、管道；4、底壁；5、侧槽道壁。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构包括底壁4，中间底壁2，管道3及侧槽道壁5组成，整个装置为一个凹槽。中间底壁2和底壁4之间的区域为管道3，中间底壁上2设置有若干圆形贯穿孔，以便液态金属锂由圆孔流入中间底壁2上方。
本装置倾斜布置，使底壁4倾斜，进一步使液态金属锂沿着侧槽道壁5倾斜的方向自上而下的流动，倾斜角度为10°-80°，液态金属锂从倾斜起来的顶端即本装置的入口端流入，一部分液态金属锂通过中间底壁2与底壁4之间的管道3流动，使得液态金属锂可以通过中间底壁2的贯穿孔进入中间底壁2上面流动，从而在中间底壁2上形成覆盖范围较大的润湿区域；同时在入口端中间底壁2上方也有液态金属锂流入，从而与中间底壁2贯穿孔流出的液态锂相互混合形成完全覆盖中间底壁2的锂膜流流动。
中间壁2上的贯穿孔直径为1-3mm；液态金属锂流动方向垂直的相邻两个贯穿孔中心间距d4为4-6mm；沿流动方向相邻两排的圆孔中心距离d5为4-8mm；流动方向为纵向，纵向相邻两排之间相邻的两圆孔中心的距离d6为贯穿孔的半径，该圆孔布置可保证中间底壁被其下管道流出的液态锂润湿，解决中间底壁不能有效润湿的问题。
底壁4与中间底壁2之间的管道5的液态金属锂流入的流速V1范围为1m/s至5m/s，中间底壁2上方的液态金属锂流入的流速V2范围为1m/s至5m/s，另V1需大于V2，以保证底壁与中间底壁之间区域被液态金属完全充满。
侧槽道壁5的厚度为1-3mm，材料为铁素体钢或钒合金。
底壁4及中间底壁2的宽度d3为100-1000mm。
底壁4及中间底壁2的间距d2为3-10mm。
中间底壁2上方锂膜流层1的厚度d1范围为2-6mm。
Claims (5)
1.一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构，包括底壁(4)，中间底壁(2)，管道(3)及侧槽道壁(5)组成，其特征在于：本结构整体为一个凹槽，中间底壁(2)和底壁(4)之间的区域为管道(3)，中间底壁上(2)设置有若干圆形贯穿孔，以便液态金属锂由圆孔流入中间底壁(2)上方。
2.如权利要求1所述的一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构，其特征在于：本结构倾斜布置，使底壁(4)倾斜，倾斜角度为10°-80°，液态金属锂从倾斜起来的顶端即本装置的入口端流入，一部分液态金属锂通过中间底壁(2)与底壁(4)之间的管道(3)流动，同时在入口端中间底壁(2)上方也有液态金属锂流入，从而与中间底壁(2)贯穿孔流出的液态锂相互混合形成完全覆盖中间底壁(2)的锂膜流流动。
3.如权利要求1所述的一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构，其特征在于：所述中间壁(2)上的贯穿孔直径为1-3mm；液态金属锂流动方向垂直的相邻两个贯穿孔中心间距d4为4-6mm；沿流动方向相邻两排的圆孔中心距离d5为4-8mm；流动方向为纵向，纵向相邻两排之间相邻的两圆孔中心的距离d6为贯穿孔的半径。
4.如权利要求1所述的一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构，其特征在于：底壁(4)与中间底壁(2)之间的管道(5)的液态金属锂流入的流速V1范围为1m/s至5m/s，中间底壁(2)上方的液态金属锂流入的流速V2范围为1m/s至5m/s，另V1需大于V2。
5.如权利要求1所述的一种完全覆盖底壁的液态锂膜流结构，其特征在于：侧槽道壁(5)的厚度为1-3mm，材料为铁素体钢或钒合金；
底壁(4)及中间底壁(2)的宽度d3为100-1000mm；
底壁(4)及中间底壁(2)的间距d2为3-10mm；
中间底壁(2)上方锂膜流层(1)的厚度d1范围为2-6mm。
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