CN113465967A - 搅拌装置的搅拌性能试验方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搅拌装置的搅拌性能试验方法及系统，其中，方法包括以下步骤：将用于模拟待搅拌物的模拟介质放入搅拌容器内，此时模拟介质的温度为初始温度；控制搅拌装置的搅拌主体的温度保持在恒定温度，恒定温度与初始温度之间具有温差；通过搅拌主体对模拟介质进行搅拌，同时搅拌主体与模拟介质之间接触传热；测量位于搅拌容器的至少一个预设位置的模拟介质在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据；采集温度数据，并根据温度数据分析搅拌装置的搅拌性能。上述试验方法能够在常规环境中利用模拟介质模拟待搅拌物、通过搅拌装置对模拟介质进行搅拌，以搅拌装置的搅拌主体与模拟介质之间的传热情况来分析搅拌装置的搅拌性能，可实施性更好。

Description

搅拌装置的搅拌性能试验方法及系统

技术领域

本发明涉及搅拌装置技术领域，具体涉及一种搅拌装置的搅拌性能试验方法及系统。

背景技术

目前，在核工业领域中，冷坩埚玻璃固化技术由于具有处理温度高、可处理废物类型广、熔炉使用寿命长、退役容易等优点，成为国内及国际上用于放射性废物处理采用的较为先进的工艺手段。由于冷坩埚的埚体的容积有限，在处理主要以液态存在的放射性废物(即放射性废液)时，可以通过配备一台煅烧炉(例如回转煅烧炉)提前对放射性废液进行预处理，将放射性废液煅烧转形至固体粉末状，再通入至冷坩埚中进行后续熔融固化，这种方式被称为两步法冷坩埚玻璃固化技术。

两步法冷坩埚玻璃固化技术的主要设备包括煅烧炉和冷坩埚。其中，冷坩埚是利用电源产生高频(105～106Hz)电流，再通过感应线圈转换成电磁流透入待处理物料，形成涡流产生热量，实现待处理物料的直接加热熔融。冷坩埚主要包括冷坩埚埚体和熔融加热结构，冷坩埚埚体是由通冷却水的金属弧形块或管组成的容器(容器形状主要有圆形或椭圆形)，熔融加热结构包括缠绕在冷坩埚埚体的外侧的感应线圈和与感应线圈电性连接的高频感应电源。当待处理物料放置在冷坩埚埚体内后，打开高频感应电源向感应线圈通电，通过感应线圈将电流转换成电磁流并透过冷坩埚埚体的壁体进入待处理物料内部，从而在待处理物料内部形成涡流产生热量，进而实现对待处理物料的加热。冷坩埚工作时金属弧形块或管内连续通入冷却水，冷坩埚埚体内的熔融物的温度很高，一般可高达2000℃以上，但冷坩埚埚体的壁体仍保持较低温度，一般小于200℃，从而使熔融物靠近冷坩埚埚体的壁体的低温区域形成一层2～3cm厚的固态物(冷壁)，因此称为“冷”坩埚。

在诸多领域的物料处理工艺中，需要通过搅拌装置对物料进行搅拌，以使物料混合均匀，此外还可以有利于减小物料各个位置之间可能会存在的温度梯度。例如，例如上述冷坩埚玻璃固化工艺中，采用冷坩埚对物料进行处理时，通过搅拌装置对冷坩埚内熔融物进行搅拌。由于物料混合均匀与否和/或温度分布情况关系到物料反应的充分程度、后续产品的质量优劣等方面。因此，对搅拌装置的搅拌性能的试验至关重要。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的搅拌装置的搅拌性能试验方法及系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种搅拌装置的搅拌性能试验方法，包括以下步骤：将用于模拟待搅拌物的模拟介质放入搅拌容器内，此时模拟介质的温度为初始温度；控制搅拌装置的搅拌主体的温度保持在恒定温度，恒定温度与初始温度之间具有温差；通过搅拌主体对模拟介质进行搅拌，同时搅拌主体与模拟介质之间接触传热；测量位于搅拌容器的至少一个预设位置的模拟介质在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据；采集温度数据，并根据温度数据分析搅拌装置的搅拌性能。

进一步地，恒定温度大于初始温度。

进一步地，搅拌主体由导热材料制成，搅拌主体具有内腔，控制搅拌装置的搅拌主体的温度保持在恒定温度的步骤包括：向搅拌主体的内腔中通入恒温介质，通过恒温介质控制搅拌主体的温度保持在恒定温度。

进一步地，恒温介质包括硅油、去离子水或离子液体。

进一步地，还包括以下步骤：对搅拌容器进行保温，以减少模拟介质向搅拌容器外部的热量散发。

进一步地，还包括以下步骤：对搅拌容器的容器底壁和容器周壁进行冷却，以使容器底壁和容器周壁的内侧的温度始终小于模拟介质的温度。

进一步地，容器底壁和容器周壁的内部均具有夹层腔，容器底壁和容器周壁位于夹层腔内侧的部分由导热材料制成，对搅拌容器的容器底壁和容器周壁进行冷却的步骤包括：向搅拌容器的夹层腔中通入冷却介质，冷却介质的温度始终小于模拟介质的温度。

进一步地，测量位于搅拌容器的至少一个预设位置的模拟介质在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据的步骤包括：测量位于搅拌容器的多个预设位置的模拟介质在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据，其中，多个预设位置沿搅拌容器的横向方向间隔设置，和/或，多个预设位置沿搅拌容器的纵向方向间隔设置，和/或，多个预设位置中的至少部分靠近搅拌容器的容器底壁。

进一步地，采集温度数据，并根据温度数据分析搅拌装置的搅拌性能的步骤包括：根据温度数据确定位于至少一个预设位置的模拟介质的当前温度值、温度变化值、温度变化速率、当前温度值与恒定温度之间的差值中的至少一种，以此来分析搅拌装置的搅拌性能；和/或，预设位置为多个，根据温度数据确定位于多个预设位置的模拟介质的温度差值，以此来分析搅拌装置的搅拌性能。

进一步地，测量位于搅拌容器的至少一个预设位置的模拟介质在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据的步骤包括：连续测量位于搅拌容器的至少一个预设位置的模拟介质在预设时间段内的温度数据。

进一步地，采集温度数据，并根据温度数据分析搅拌装置的搅拌性能的步骤包括：采集在预设时间段内的温度数据，针对每个预设位置，确定位于该预设位置的模拟介质在预设时间段内的某一预设时刻对应的温度值、某两个预设时刻之间的温度变化值、某一预设时刻对应的温度值与恒定温度之间的差值中的至少一种，以此来分析搅拌装置的搅拌性能；和/或，预设位置为多个，采集在预设时间段内的温度数据，确定位于多个预设位置的模拟介质在预设时间段内的同一预设时刻的温度差值，以此来分析搅拌装置的搅拌性能。

进一步地，采集温度数据，并根据温度数据分析搅拌装置的搅拌性能的步骤包括：采集在预设时间段内的温度数据，针对每个预设位置，绘制位于该预设位置的模拟介质的温度变化曲线图，根据温度变化曲线图分析搅拌装置的搅拌性能；和/或，预设位置为多个，采集在预设时间段内的温度数据，绘制模拟介质在多个预设位置的温度场分布图，根据温度场分布图分析搅拌装置的搅拌性能。

进一步地，在采集温度数据，并根据温度数据分析搅拌装置的搅拌性能的步骤之后，还包括：改变搅拌装置的一个工作参数，保持其余工作参数不变，重复以上步骤。

进一步地，工作参数为搅拌主体在搅拌容器内沿其横向方向的位置、搅拌主体相对于搅拌容器的设置角度、搅拌主体与搅拌容器的容器底壁之间的距离、搅拌主体的转动速度中的一个。

进一步地，模拟介质包括硅油或低温共熔盐。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种搅拌装置的搅拌性能试验系统，包括：搅拌容器，用于盛放模拟待搅拌物的模拟介质，模拟介质放入搅拌容器内时的温度为初始温度；搅拌装置，包括搅拌主体，搅拌主体能够放置于搅拌容器内并用于对模拟介质进行搅拌；恒温装置，用于控制搅拌主体的温度保持在恒定温度，恒定温度与初始温度之间具有温差，当通过搅拌主体对模拟介质进行搅拌时，搅拌主体与模拟介质之间接触传热；温度测量装置，用于测量位于搅拌容器的至少一个预设位置的模拟介质在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据；处理器，与温度测量装置通信连接，用于采集温度数据，并根据温度数据分析搅拌装置的搅拌性能。

进一步地，恒定温度大于初始温度。

进一步地，搅拌主体由导热材料制成，搅拌主体具有内腔，内腔用于通入恒温介质，恒温装置通过恒温介质控制搅拌主体的温度保持在恒定温度。

进一步地，恒温介质包括硅油、去离子水或离子液体。

进一步地，还包括：保温结构，用于对搅拌容器进行保温，以减少模拟介质向搅拌容器外部的热量散发。

进一步地，保温结构包括保温壳体，保温壳体包裹在搅拌容器的容器底壁和容器周壁的外侧。

进一步地，还包括：冷却结构，用于对搅拌容器的容器底壁和容器周壁进行冷却，以使容器底壁和容器周壁的内侧的温度始终小于模拟介质的温度。

进一步地，容器底壁和容器周壁的内部均具有夹层腔，夹层腔具有与其连通的介质进口和介质出口，容器底壁和容器周壁位于夹层腔内侧的部分由导热材料制成，冷却结构包括冷却介质，冷却介质由介质进口通入夹层腔，并能够由介质出口流出夹层腔，冷却介质的温度始终小于模拟介质的温度。

进一步地，温度测量装置包括多个温度传感器，多个温度传感器分别用于测量位于搅拌容器的多个预设位置的模拟介质在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据，其中，多个预设位置沿搅拌容器的横向方向间隔设置，和/或，多个预设位置沿搅拌容器的纵向方向间隔设置，和/或，多个预设位置中的至少部分靠近搅拌容器的容器底壁。

进一步地，模拟介质包括硅油或低温共熔盐。

应用本发明的技术方案，由于搅拌装置的搅拌主体的温度保持在恒定温度，并且该恒定温度与模拟介质的初始温度之间具有温差，当搅拌主体对模拟介质进行搅拌时，搅拌主体与模拟介质之间会接触传热。随着搅拌的进行，位于搅拌容器的至少一个预设位置的模拟介质的温度数据会发生变化，其中位于搅拌容器的哪些位置的模拟介质的温度数据会发生变化和/或温度数据变化程度与搅拌装置的搅拌性能具有直接关系。因此，根据这些温度数据能够分析出搅拌装置的搅拌性能。

上述试验方法能够在常规环境中利用模拟介质模拟待搅拌物、通过搅拌装置对模拟介质进行搅拌，以搅拌装置的搅拌主体与模拟介质之间的传热情况来分析搅拌装置的搅拌性能(例如，搅拌装置在某一工作参数下的搅拌均匀性如何、搅拌装置在哪种工作参数下的搅拌均匀性最好等等)，可实施性更好，特别是能够实现高温等极端环境下使用的搅拌装置的搅拌性能的模拟试验。此外，将搅拌装置的搅拌主体作为影响模拟介质的温度的主要原因，这样可以更为直观地通过模拟介质的温度变化反应搅拌效果。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明一个实施例的搅拌装置的搅拌性能试验系统的结构示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的搅拌装置的搅拌性能试验系统的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的搅拌装置的搅拌性能试验方法的流程图；

图4是根据本发明另一个实施例的搅拌装置的搅拌性能试验方法的流程图；

图5是根据本发明一个实施例的搅拌装置所适用的熔融装置内的温度分布图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

附图标记说明：

10、搅拌容器；11、容器底壁；12、容器周壁；13、夹层腔；14、介质进口；15、介质出口；20、模拟介质；31、搅拌主体；31a、搅拌杆部；31b、搅拌头部；311、内腔；312、介质通道；32、驱动装置；40、恒温装置；51、温度传感器；60、处理器；71、保温壳体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

本申请提供了一种搅拌装置的搅拌性能试验方法及系统，该试验方法及系统可以应用于各种搅拌装置的搅拌性能的试验。例如，对熔融装置内熔融物进行搅拌的搅拌装置。其中，熔融装置也可以为多种领域的工艺流程中所涉及的熔融装置，例如，熔融装置可以为核工业领域的放射性废物处理工艺中所用到的熔融装置(即冷坩埚)，熔融装置用于熔融放射性废物(或经过预处理后)形成的基料和玻璃基料等需要熔融的物料，搅拌装置则用于搅拌上述物料。

图1示出了一个实施例的搅拌装置的搅拌性能试验系统的结构示意图。图3示出了一个实施例的搅拌装置的搅拌性能试验方法的流程图。图5示出了一个实施例的搅拌装置所适用的熔融装置内的温度分布图。

如图1和图3所示，在本申请的一些实施例中，搅拌装置的搅拌性能试验方法包括以下步骤：

步骤S10：将用于模拟待搅拌物的模拟介质20放入搅拌容器10内，此时模拟介质20的温度为初始温度；

步骤S20：控制搅拌装置的搅拌主体31的温度保持在恒定温度，恒定温度与初始温度之间具有温差；

步骤S50：通过搅拌主体31对模拟介质20进行搅拌，同时搅拌主体31与模拟介质20之间接触传热；

步骤S60：测量位于搅拌容器10的至少一个预设位置的模拟介质20在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据；

步骤S70：采集温度数据，并根据温度数据分析搅拌装置的搅拌性能。

由于搅拌装置的搅拌主体31的温度保持在恒定温度，并且该恒定温度与模拟介质20的初始温度之间具有温差，当搅拌主体31对模拟介质20进行搅拌时，搅拌主体31与模拟介质20之间会接触传热。随着搅拌的进行，位于搅拌容器10的至少一个预设位置的模拟介质20的温度数据会发生变化，其中位于搅拌容器10的哪些位置的模拟介质20的温度数据会发生变化和/或温度数据变化程度与搅拌装置的搅拌性能具有直接关系。因此，根据这些温度数据能够分析出搅拌装置的搅拌性能。

上述试验方法能够在常规环境中利用模拟介质20模拟待搅拌物、通过搅拌装置对模拟介质20进行搅拌，以搅拌装置的搅拌主体31与模拟介质20之间的传热情况来分析搅拌装置的搅拌性能(例如，搅拌装置在某一工作参数下的搅拌均匀性如何、搅拌装置在哪种工作参数下的搅拌均匀性最好等等)，可实施性更好，特别是能够实现高温等极端环境下使用的搅拌装置的搅拌性能的模拟试验。此外，将搅拌装置的搅拌主体31作为影响模拟介质20的温度的主要原因，这样可以更为直观地通过模拟介质20的温度变化反应搅拌效果。

优选地，搅拌装置的搅拌主体31的恒定温度大于模拟介质20放入搅拌容器10内时的初始温度。也就是说，当搅拌主体31对模拟介质20进行搅拌时，搅拌主体31会向模拟介质20传递热量(可认为搅拌主体31向模拟介质20进行加热)，从而使位于搅拌容器10的至少一个预设位置的模拟介质20的温度上升。若将恒定温度与初始温度的温差设计为较大，随着搅拌主体31的搅拌，模拟介质20的温度上升变化会更加明显，从而便于根据采集到的温度数据进行后续的分析。

当然，搅拌装置的搅拌主体31的恒定温度与模拟介质20放入搅拌容器10内时的初始温度的大小关系不限于此，在其他实施方式中，也可以使模拟介质20放入搅拌容器10内时的初始温度大于搅拌装置的搅拌主体31的恒定温度，当搅拌主体31对模拟介质20进行搅拌时，模拟介质20会向搅拌主体31传递热量(可认为搅拌主体31对模拟介质20进行冷却)，从而使位于搅拌容器10的至少一个预设位置的模拟介质20的温度降低。

如图1所示，在本申请的一些实施例中，搅拌主体31由导热材料制成，搅拌主体31具有内腔311。步骤S20包括：向搅拌主体31的内腔311中通入恒温介质，通过恒温介质控制搅拌主体31的温度保持在恒定温度。由于控制恒温介质的温度更加容易，因此，上述通过恒温介质控制搅拌主体31的温度保持在恒定温度的方式比较容易实现。其中，恒温介质可以为多种类型，例如硅油、去离子水或离子液体。

当然，保持搅拌主体31的温度的方式不限于此，在其他实施方式中，也可以采用其他手段实现对搅拌主体31的温度控制。例如，将搅拌主体31设置为能够直接通电加热的材质，并且在搅拌主体31上设置温度传感器，用于实时监测搅拌主体31的温度，从而根据监测到的温度实时控制搅拌主体31的通电情况，最终实现搅拌主体31的温度保持在上述恒定温度。

如图1至图3所示，在本申请的一些实施例中，试验方法还包括以下步骤：

步骤S30：对搅拌容器10进行保温，以减少模拟介质20向搅拌容器10外部的热量散发。

对搅拌容器10进行保温能够对搅拌容器10内的模拟介质20与搅拌容器10的外部起到一定的隔热作用，从而方式模拟介质20向搅拌容器10外部的热量散发，进而保证测量到的温度数据能够更加准确地反映出搅拌装置的搅拌性能。

进一步地，搅拌容器10的容器底壁11和容器周壁12由导热材料制成，容器底壁11和容器周壁12的内部均具有夹层腔13，步骤S30包括：

向搅拌容器10的夹层腔13中通入保温介质，保温介质的温度始终大于搅拌容器10外部的温度且小于模拟介质20的温度。

向搅拌容器10的夹层腔13中通入保温介质可以使搅拌容器10的容器底壁11和容器周壁12也具有与保温介质的温度大致相同或处于可允许差值范围内的温度。保温介质的温度始终大于搅拌容器10外部的温度且小于模拟介质20的温度，同时，通过保温介质控制的搅拌容器10的容器底壁11和容器周壁12的温度也始终大于搅拌容器10外部的温度且小于模拟介质20的温度。保温介质及容器底壁11、容器周壁12的温度大于搅拌容器10外部的温度，这样可以减缓模拟介质20向外部的热量扩散。而保温介质及容器底壁11、容器周壁12的温度小于模拟介质20的温度，一方面，在恒定温度大于初始温度的情况下，可以防止保温介质及容器底壁11、容器周壁12成为热源，影响模拟介质20的升温；另一方面，也可以模拟一些搅拌装置应用的实际工况，从而提高搅拌性能分析的准确性。

例如，模拟搅拌装置与用于熔融放射性废物(或经过预处理后)形成的基料和玻璃基料的熔融装置配合的实际工况。

具体地，熔融装置包括熔融主体和熔融加热结构，熔融主体的内部具有容置腔，熔融主体的壁体由金属材料制成并且壁体内具有冷却通道，熔融加热结构包括缠绕在熔融主体的外侧的感应线圈。当待处理物料放置在该容置腔内后，向感应线圈通电，通过感应线圈将电流转换成电磁流并透过熔融主体的壁体进入待处理物料内部，从而在待处理物料内部形成涡流产生热量，进而实现对待处理物料的加热。

由于待处理物料熔融过程需要较多的热量，熔融物本身的温度也会很高(例如，熔融物为放射性废物基料和玻璃基料熔融后形成的熔融玻璃时，其温度可高达2000℃以上)，为了防止熔融主体被高温腐蚀损坏、提高其使用寿命，熔融装置在工作时需要向冷却通道中通入冷却介质，从而使熔融主体的内壁保持较低温度(例如小于200℃)。由于熔融主体的内壁(即容置腔的内壁)的温度远低于熔融物的温度，紧贴熔融主体的内壁的熔融物会凝固形成固态物。一般情况下，熔融主体的容置腔的底壁和侧壁均需要通过冷却介质进行冷却，在这些部位均会形成固态物。为了待处理物料(或熔融物)混合均匀，需要通过搅拌装置对其进行搅拌，搅拌装置的搅拌主体中需要通入冷却水对其进行保护。此外，熔融装置内的熔融物的温度一般分布不均(如图5所示)，搅拌装置对待处理物料的搅拌也可以减缓温度分布不均，从而使待处理物料的反应更加充分，有利于后续产品的质量，防止产品开裂造成放射性物质外泄的问题发生。

在本申请的搅拌装置的搅拌性能试验方法中，模拟介质20用于模拟熔融装置的熔融主体内的待处理物料(或熔融物)，模拟介质20可以为硅油、低温共熔盐(如NaCl-LiCl、NaCl-AlCl₃)或者低温玻璃，用于模拟放射性废物基料和玻璃基料形成的熔融物的粘度。其中，低温共熔盐具有熔点低(熔点一般小于300℃)的特点，当搅拌容器10的内壁温度较低时，容易在内壁上形成冷壳(即熔融物遇冷形成的固态物)，从而达到模拟熔融装置实际的内部情况。低温共熔盐的类型可以为NaCl-LiCl(熔点为130℃)、NaCl-AlCl₃(熔点为110℃)等。当模拟介质20采用低温共熔盐时，模拟介质20的温度需要大于低温共熔盐的熔点，例如可以为150℃至200℃。低温玻璃则是指在较低温度(例如300℃以下)下能够呈熔融态的玻璃。搅拌容器10的材质为不锈钢金属，搅拌容器10的夹层腔13中通入保温介质(如具有一定温度的水)，保温介质的温度例如可以为50℃，从而模拟实际的熔融装置的熔融主体中待处理物料(或熔融物)与熔融主体的容置腔内壁之间的温度差。搅拌装置为实际使用的搅拌装置或者为与实际的搅拌装置相似的模拟试验用搅拌装置，向搅拌装置的搅拌主体31的内腔311中通入恒温介质，该恒温介质将搅拌主体31的温度维持在例如300℃的恒定温度。

需要注意的是，对搅拌容器10进行保温的方式不限于此，在其他实施方式中，可以采用其他方式对搅拌容器10进行保温。例如，图2示出了另一个实施例的搅拌装置的搅拌性能试验系统的结构示意图，如图2所示，在本申请的另一些实施例中，在搅拌容器10的容器底壁11和容器周壁12的外侧设置保温壳体71，该保温壳体71通过包裹容器底壁11和容器周壁12以起到保温的作用。其中，保温壳体71的材质应选用保温材料。

图4示出了另一个实施例的搅拌装置的搅拌性能试验方法的流程图。如图1和图4所示，在本申请的另一些实施例中，试验方法还包括以下步骤：

步骤S40：对搅拌容器10的容器底壁11和容器周壁12进行冷却，以使容器底壁11和容器周壁12的内侧的温度始终小于模拟介质20的温度。

对搅拌容器10的容器底壁11和容器周壁12进行冷却的目的主要在于，可以模拟一些搅拌装置应用的实际工况，从而提高搅拌性能分析的准确性。例如，与前述模拟搅拌装置与用于熔融放射性废物(或经过预处理后)形成的基料和玻璃基料的熔融装置配合的实际工况相似，通过对搅拌容器10的容器底壁11和容器周壁12进行冷却，以模拟实际的熔融装置的容置腔内壁与待处理物料(或熔融物)之间的温度差。

进一步地，容器底壁11和容器周壁12的内部均具有夹层腔13，容器底壁11和容器周壁12位于夹层腔13内侧的部分由导热材料制成，步骤S40包括：

向搅拌容器10的夹层腔13中通入冷却介质，冷却介质的温度始终小于模拟介质20的温度。

向搅拌容器10的夹层腔13中通入冷却介质可以使搅拌容器10的容器底壁11和容器周壁12也具有与冷却介质的温度大致相同或处于可允许差值范围内的温度。

具体地，模拟介质20用于模拟熔融装置的熔融主体内的待处理物料(或熔融物)，模拟介质20可以为硅油、低温共熔盐(如NaCl-LiCl、NaCl-AlCl₃)或者低温玻璃，用于模拟放射性废物基料和玻璃基料形成的熔融物的粘度。其中，低温共熔盐具有熔点低(熔点一般小于300℃)的特点，当搅拌容器10的内壁温度较低时，容易在内壁上形成冷壳，从而达到模拟熔融装置实际的内部情况。低温共熔盐的类型可以为NaCl-LiCl(熔点为130℃)、NaCl-AlCl₃(熔点为110℃)等。当模拟介质20采用低温共熔盐时，模拟介质20的温度需要大于低温共熔盐的熔点，例如可以为150℃至200℃。低温玻璃则是指在较低温度(例如300℃以下)下能够呈熔融态的玻璃。搅拌容器10的材质为不锈钢金属，搅拌容器10的夹层腔13中通入冷却介质(如具有一定温度的水)。对于冷却介质的温度下限没有要求，一般采用常温的水，如果试验需要也可使用冷冻水(0℃＜冷冻水温度＜室温)或者其他液体冷媒(如醇水混合物，其温度可低于0℃)。冷却介质的温度上限要低于模拟介质20的温度，冷却介质和模拟介质20的温差根据试验需要确定。当模拟介质20采用硅油时，搅拌容器10温度较低的内壁上一般不会形成冷壳(即熔融物遇冷形成的固态物)，但内壁处硅油的粘度会增大；当模拟介质20采用低温共熔盐或低温玻璃时，搅拌容器10温度较低的内壁上容易形成冷壳，从而达到模拟熔融装置实际的内部情况。搅拌装置为实际使用的搅拌装置或者为与实际的搅拌装置相似的模拟试验用搅拌装置，向搅拌装置的搅拌主体31的内腔311中通入恒温介质，该恒温介质将搅拌主体31的温度维持在例如300℃的恒定温度。

需要说明的是，对搅拌容器10的容器底壁11和容器周壁12进行冷却的方式不限于此，在图中未示出的其他实施方式中，可以采用其他方式对搅拌容器10的容器底壁11和容器周壁12进行冷却。例如，将换热管缠绕在搅拌容器10的容器底壁11和容器周壁12的外侧并与其接触，通过换热管对容器底壁11和容器周壁12进行冷却。

在本申请的一些实施例中，步骤S60包括：

测量位于搅拌容器10的多个预设位置的模拟介质20在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据。

在图1和图2示出的具体实施方式中，通过温度传感器51对搅拌容器10的多个预设位置进行温度的测量。如图1和图2所示，多个预设位置沿搅拌容器10的横向方向间隔设置，和/或，多个预设位置沿搅拌容器10的纵向方向间隔设置，和/或，多个预设位置中的至少部分靠近搅拌容器10的容器底壁11。当在如前述的模拟搅拌装置与用于熔融放射性废物(或经过预处理后)形成的基料和玻璃基料的熔融装置配合的实际工况时，重点在于对沿搅拌容器10的横向方向间隔设置多个预设位置进行测温，特别是靠近搅拌容器10的容器底壁11的预设位置，因为在此种实际工况下，搅拌装置主要用于影响搅拌容器10内横向的物料混合均匀程度。当然，也可以测量搅拌容器10内的纵向方向的多个预设位置的温度，以分析搅拌装置对搅拌容器10内物料沿纵向方向的影响程度。

在本申请的一些实施例中，步骤S70包括：

根据温度数据确定位于至少一个预设位置的模拟介质20的当前温度值、温度变化值、温度变化速率中的至少一种，以此来分析搅拌装置的搅拌性能。

例如，针对一个预设位置，在搅拌装置未搅拌时测量并采集该预设位置的模拟介质20的初始温度值，待搅拌装置搅拌预设时间后，再测量并采集该预设位置的模拟介质20的当前温度值，将当前温度值与搅拌预设时间后理论上应达到的温度值进行比较，以分析搅拌装置的搅拌性能的优劣；或者，当前温度值与初始温度值之间的差值即为温度变化值，将温度变化值与搅拌预设时间后理论上应发生的变化值进行比较，以分析搅拌装置的搅拌性能的优劣；或者，温度变化值结合预设时间的数值可反映出该预设位置的温度变化速率，将温度变化速率与搅拌预设时间后理论上应达到的温度变化速率进行比较，以分析搅拌装置的搅拌性能的优劣；或者，比较当前温度值与恒定温度之间的差值，结合预设位置与搅拌装置之间的距离来分析搅拌装置的搅拌性能的优劣。

在本申请的一些实施例中，步骤S70也可包括：

预设位置为多个，根据温度数据确定位于多个预设位置的模拟介质20的温度差值，以此来分析搅拌装置的搅拌性能。

例如，待搅拌装置搅拌预设时间后，测量多个预设位置的模拟介质20的当前温度值，将这些当前温度值进行比较，多个预设位置的模拟介质20的当前温度值之间的温度差值越小，说明搅拌均匀性越好。

在本申请的一些实施例中，步骤S60包括：

连续测量位于搅拌容器10的至少一个预设位置的模拟介质20在预设时间段内的温度数据。

上述对于搅拌容器10的至少一个预设位置的模拟介质20的测量方式能够实时监测预设时间段内预设位置的模拟介质20的温度。当然，在其他实施方式中，也可以间断测量搅拌容器10的至少一个预设位置的模拟介质20的温度数据。例如，设置一时间间隔，当搅拌装置开始搅拌后，每到达该时间间隔测量并采集一次温度数据。

在上述连续测量温度数据的基础上，步骤S70包括：

采集在预设时间段内的温度数据，针对每个预设位置，确定位于该预设位置的模拟介质20在预设时间段内的某一预设时刻对应的温度值、某两个预设时刻之间的温度变化值、某一预设时刻对应的温度值与恒定温度之间的差值中的至少一种，以此来分析搅拌装置的搅拌性能；和/或，

预设位置为多个，采集在预设时间段内的温度数据，确定位于多个预设位置的模拟介质20在预设时间段内的同一预设时刻的温度差值，以此来分析搅拌装置的搅拌性能。

先采集预设时间段内的温度数据，再在这些温度数据中挑选需要的数据并进行计算、比较和分析，更加灵活，数据样本更多，更利于搅拌装置的搅拌性能分析。

此外，步骤S70也可以包括：

采集在预设时间段内的温度数据，针对每个预设位置，绘制位于该预设位置的模拟介质20的温度变化曲线图，根据温度变化曲线图分析搅拌装置的搅拌性能；和/或，

预设位置为多个，采集在预设时间段内的温度数据，绘制模拟介质20在多个预设位置的温度场分布图，根据温度场分布图分析搅拌装置的搅拌性能。

其中，温度变化曲线图例如可以以搅拌时间为横坐标，温度值为纵坐标，温度场分布图则能够反映出搅拌容器10内的模拟介质20的温度在时间和空间上的分布，对于模拟介质20各处的温度均匀性的观察更加直观。

由于搅拌装置在实际工作中具有多个工作参数，针对同一类型、同一尺寸结构的搅拌装置，在步骤S70之后还包括：

步骤S80：改变搅拌装置的一个工作参数，保持其余工作参数不变，重复以上步骤。

上述步骤能够实现对不同工作参数工况下搅拌装置的搅拌性能试验，从而确定如何设置搅拌装置的各个工作参数能够使搅拌性能达到最佳，或者确定搅拌装置的各个工作参数为确定值的情况下，判断搅拌性能如何。

具体地，工作参数为搅拌主体31在搅拌容器10内沿其横向方向的位置、搅拌主体31相对于搅拌容器10的设置角度、搅拌主体31与搅拌容器10的容器底壁11之间的距离、搅拌主体31的转动速度中的一个。

例如，在进行试验时，先确定搅拌主体31在搅拌容器10内沿其横向方向的位置、搅拌主体31相对于搅拌容器10的设置角度以及搅拌主体31与搅拌容器10的容器底壁11之间的距离，将搅拌主体31的转动速度设为多个不同的数值，分别按照上述步骤进行试验；或者，

先确定搅拌主体31在搅拌容器10内沿其横向方向的位置、搅拌主体31相对于搅拌容器10的设置角度以及搅拌主体31的转动速度，将搅拌主体31与搅拌容器10的容器底壁11之间的距离设为多个不同的数值，分别按照上述步骤进行试验，等等。

上述试验方法针对同一类型、同一尺寸结构的搅拌装置而言，用于试验该搅拌装置的搅拌性能。当然，搅拌装置的类型有多种，每种类型的搅拌装置也具有多个尺寸规格和结构。例如，搅拌装置的搅拌主体31包括搅拌杆部31a和搅拌头部31b，搅拌头部31b可以为锚型或桨叶型，而锚型搅拌头部31b的倒钩部(如图1和图2所示)、桨叶型搅拌头部的桨叶也可以分别为多种尺寸。无论是哪种或哪个尺寸规格的搅拌装置都可采用上述试验方法进行搅拌性能的试验。

如图1和图2所示，在本申请的一些实施例中，搅拌装置的搅拌性能试验系统包括搅拌容器10、搅拌装置、恒温装置40、温度测量装置以及处理器60。其中，搅拌容器10用于盛放模拟待搅拌物的模拟介质20，模拟介质20包括硅油或低温共熔盐。模拟介质20放入搅拌容器10内时的温度为初始温度。搅拌装置包括搅拌主体31，搅拌主体31能够放置于搅拌容器10内并用于对模拟介质20进行搅拌。恒温装置40用于控制搅拌主体31的温度保持在恒定温度，恒定温度与初始温度之间具有温差。当通过搅拌主体31对模拟介质20进行搅拌时，搅拌主体31与模拟介质20之间接触传热。温度测量装置用于测量位于搅拌容器10的至少一个预设位置的模拟介质20在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据。处理器60与温度测量装置通信连接，用于采集温度数据，并根据温度数据分析搅拌装置的搅拌性能。优选地，搅拌装置的搅拌主体31的恒定温度大于模拟介质20放入搅拌容器10内时的初始温度。

如图1和图2所示，在本申请的一些实施例中，搅拌主体31由导热材料制成，搅拌主体31具有内腔311，内腔311用于通入恒温介质，恒温装置40通过恒温介质控制搅拌主体31的温度保持在恒定温度。搅拌主体31包括搅拌杆部31a和搅拌头部31b，搅拌装置还包括驱动装置32，驱动装置32与搅拌杆部31a的一端驱动连接，搅拌杆部31a的另一端与搅拌头部31b连接，驱动装置32驱动搅拌主体31(搅拌杆部31a和搅拌头部31b)转动以进行搅拌。内腔311内形成有介质通道312，介质通道312与恒温装置40连通，在恒温装置40的作用下能够保证流入介质通道312的恒温介质始终保持恒定温度。其中，恒温介质包括硅油、去离子水或离子液体。

在本申请的一些实施例中，系统还包括保温结构，用于对搅拌容器10进行保温，以减少模拟介质20向搅拌容器10外部的热量散发。优选地，搅拌容器10的容器底壁11和容器周壁12由导热材料制成并且两者内部均具有夹层腔13，夹层腔13具有与其连通的介质进口14和介质出口15，保温结构包括保温介质，保温介质由介质进口14通入夹层腔13，并能够由介质出口15流出夹层腔13，保温介质的温度始终大于搅拌容器10外部的温度且小于模拟介质20的温度。需要注意的是，对搅拌容器10进行保温的方式不限于此，在其他实施方式中，可以采用其他方式对搅拌容器10进行保温。例如，图2示出了另一个实施例的搅拌装置的搅拌性能试验系统的结构示意图，如图2所示，在本申请的另一些实施例中，保温结构包括保温壳体71，保温壳体71包裹在搅拌容器10的容器底壁11和容器周壁12的外侧，以此起到保温的作用。其中，保温壳体71的材质应选用保温材料。

在本申请的另一些实施例中，系统还包括冷却结构，用于对搅拌容器10的容器底壁11和容器周壁12进行冷却，以使容器底壁11和容器周壁12的内侧的温度始终小于模拟介质20的温度。优选地，容器底壁11和容器周壁12的内部均具有夹层腔13，夹层腔13具有与其连通的介质进口14和介质出口15，容器底壁11和容器周壁12位于夹层腔13内侧的部分由导热材料制成，冷却结构包括冷却介质，冷却介质由介质进口14通入夹层腔13，并能够由介质出口15流出夹层腔13，冷却介质的温度始终小于模拟介质20的温度。

需要说明的是，无论是保温介质还是冷却介质，均需要恒温装置维持其温度。例如，恒温装置与介质进口14和介质出口15连通，保温介质/冷却介质呈流体状(如液体)，保温介质/冷却介质能够由介质出口15流向恒温装置，经过恒温装置的加热或冷却等操作后再由介质进口14流入夹层腔13。

如图1和图2所示，在本申请的一些实施例中，温度测量装置包括多个温度传感器51，多个温度传感器51分别用于测量位于搅拌容器10的多个预设位置的模拟介质20在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据。其中，多个预设位置沿搅拌容器10的横向方向间隔设置，和/或，多个预设位置沿搅拌容器10的纵向方向间隔设置，和/或，多个预设位置中的至少部分靠近搅拌容器10的容器底壁11。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (25)

1.一种搅拌装置的搅拌性能试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

将用于模拟待搅拌物的模拟介质(20)放入搅拌容器(10)内，此时所述模拟介质(20)的温度为初始温度；

控制搅拌装置的搅拌主体(31)的温度保持在恒定温度，所述恒定温度与所述初始温度之间具有温差；

通过所述搅拌主体(31)对所述模拟介质(20)进行搅拌，同时所述搅拌主体(31)与所述模拟介质(20)之间接触传热；

测量位于所述搅拌容器(10)的至少一个预设位置的所述模拟介质(20)在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据；

采集所述温度数据，并根据所述温度数据分析所述搅拌装置的搅拌性能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述恒定温度大于所述初始温度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述搅拌主体(31)由导热材料制成，所述搅拌主体(31)具有内腔(311)，所述控制搅拌装置的搅拌主体(31)的温度保持在恒定温度的步骤包括：

向所述搅拌主体(31)的所述内腔(311)中通入恒温介质，通过所述恒温介质控制所述搅拌主体(31)的温度保持在恒定温度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述恒温介质包括硅油、去离子水或离子液体。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

对所述搅拌容器(10)进行保温，以减少所述模拟介质(20)向所述搅拌容器(10)外部的热量散发。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

对所述搅拌容器(10)的容器底壁(11)和容器周壁(12)进行冷却，以使所述容器底壁(11)和所述容器周壁(12)的内侧的温度始终小于所述模拟介质(20)的温度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述容器底壁(11)和所述容器周壁(12)的内部均具有夹层腔(13)，所述容器底壁(11)和所述容器周壁(12)位于所述夹层腔(13)内侧的部分由导热材料制成，

所述对所述搅拌容器(10)的容器底壁(11)和容器周壁(12)进行冷却的步骤包括：

向所述搅拌容器(10)的所述夹层腔(13)中通入冷却介质，所述冷却介质的温度始终小于所述模拟介质(20)的温度。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述测量位于所述搅拌容器(10)的至少一个预设位置的所述模拟介质(20)在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据的步骤包括：

测量位于所述搅拌容器(10)的多个预设位置的所述模拟介质(20)在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据，其中，

多个预设位置沿所述搅拌容器(10)的横向方向间隔设置，和/或，多个预设位置沿所述搅拌容器(10)的纵向方向间隔设置，和/或，多个预设位置中的至少部分靠近所述搅拌容器(10)的容器底壁(11)。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述采集所述温度数据，并根据所述温度数据分析所述搅拌装置的搅拌性能的步骤包括：

根据所述温度数据确定位于至少一个所述预设位置的所述模拟介质(20)的当前温度值、温度变化值、温度变化速率、当前温度值与所述恒定温度之间的差值中的至少一种，以此来分析所述搅拌装置的搅拌性能；和/或，

所述预设位置为多个，根据所述温度数据确定位于多个所述预设位置的所述模拟介质(20)的温度差值，以此来分析所述搅拌装置的搅拌性能。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述测量位于所述搅拌容器(10)的至少一个预设位置的所述模拟介质(20)在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据的步骤包括：

连续测量位于所述搅拌容器(10)的至少一个预设位置的所述模拟介质(20)在预设时间段内的温度数据。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

所述采集所述温度数据，并根据所述温度数据分析所述搅拌装置的搅拌性能的步骤包括：

采集在所述预设时间段内的所述温度数据，针对每个所述预设位置，确定位于该预设位置的所述模拟介质(20)在所述预设时间段内的某一预设时刻对应的温度值、某两个预设时刻之间的温度变化值、某一预设时刻对应的温度值与所述恒定温度之间的差值中的至少一种，以此来分析所述搅拌装置的搅拌性能；和/或，

所述预设位置为多个，采集在所述预设时间段内的所述温度数据，确定位于多个所述预设位置的所述模拟介质(20)在所述预设时间段内的同一预设时刻的温度差值，以此来分析所述搅拌装置的搅拌性能。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

所述采集所述温度数据，并根据所述温度数据分析所述搅拌装置的搅拌性能的步骤包括：

采集在所述预设时间段内的所述温度数据，针对每个所述预设位置，绘制位于该预设位置的所述模拟介质(20)的温度变化曲线图，根据所述温度变化曲线图分析所述搅拌装置的搅拌性能；和/或，

所述预设位置为多个，采集在所述预设时间段内的所述温度数据，绘制所述模拟介质(20)在多个所述预设位置的温度场分布图，根据所述温度场分布图分析所述搅拌装置的搅拌性能。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

在所述采集所述温度数据，并根据所述温度数据分析所述搅拌装置的搅拌性能的步骤之后，还包括：

改变所述搅拌装置的一个工作参数，保持其余工作参数不变，重复以上步骤。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，

所述工作参数为所述搅拌主体(31)在所述搅拌容器(10)内沿其横向方向的位置、所述搅拌主体(31)相对于所述搅拌容器(10)的设置角度、所述搅拌主体(31)与所述搅拌容器(10)的容器底壁(11)之间的距离、所述搅拌主体(31)的转动速度中的一个。

15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述模拟介质(20)包括硅油或低温共熔盐。

16.一种搅拌装置的搅拌性能试验系统，其特征在于，包括：

搅拌容器(10)，用于盛放模拟待搅拌物的模拟介质(20)，所述模拟介质(20)放入所述搅拌容器(10)内时的温度为初始温度；

搅拌装置，包括搅拌主体(31)，所述搅拌主体(31)能够放置于所述搅拌容器(10)内并用于对所述模拟介质(20)进行搅拌；

恒温装置(40)，用于控制所述搅拌主体(31)的温度保持在恒定温度，所述恒定温度与所述初始温度之间具有温差，当通过所述搅拌主体(31)对所述模拟介质(20)进行搅拌时，所述搅拌主体(31)与所述模拟介质(20)之间接触传热；

温度测量装置，用于测量位于所述搅拌容器(10)的至少一个预设位置的所述模拟介质(20)在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据；

处理器(60)，与所述温度测量装置通信连接，用于采集所述温度数据，并根据所述温度数据分析所述搅拌装置的搅拌性能。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，

所述恒定温度大于所述初始温度。

18.根据权利要求16或17所述的系统，其特征在于，

所述搅拌主体(31)由导热材料制成，所述搅拌主体(31)具有内腔(311)，所述内腔(311)用于通入恒温介质，所述恒温装置(40)通过所述恒温介质控制所述搅拌主体(31)的温度保持在所述恒定温度。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，

所述恒温介质包括硅油、去离子水或离子液体。

20.根据权利要求16或17所述的系统，其特征在于，还包括：

保温结构，用于对所述搅拌容器(10)进行保温，以减少所述模拟介质(20)向所述搅拌容器(10)外部的热量散发。

21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，

所述保温结构包括保温壳体(71)，所述保温壳体(71)包裹在所述搅拌容器(10)的容器底壁(11)和容器周壁(12)的外侧。

22.根据权利要求16或17所述的系统，其特征在于，还包括：

冷却结构，用于对所述搅拌容器(10)的容器底壁(11)和容器周壁(12)进行冷却，以使所述容器底壁(11)和所述容器周壁(12)的内侧的温度始终小于所述模拟介质(20)的温度。

23.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，

所述容器底壁(11)和所述容器周壁(12)的内部均具有夹层腔(13)，所述夹层腔(13)具有与其连通的介质进口(14)和介质出口(15)，所述容器底壁(11)和所述容器周壁(12)位于所述夹层腔(13)内侧的部分由导热材料制成，所述冷却结构包括冷却介质，所述冷却介质由所述介质进口(14)通入所述夹层腔(13)，并能够由所述介质出口(15)流出所述夹层腔(13)，所述冷却介质的温度始终小于所述模拟介质(20)的温度。

24.根据权利要求16或17所述的系统，其特征在于，

所述温度测量装置包括多个温度传感器(51)，多个所述温度传感器(51)分别用于测量位于所述搅拌容器(10)的多个预设位置的所述模拟介质(20)在搅拌过程中和/或搅拌后的温度数据，其中，

多个预设位置沿所述搅拌容器(10)的横向方向间隔设置，和/或，多个预设位置沿所述搅拌容器(10)的纵向方向间隔设置，和/或，多个预设位置中的至少部分靠近所述搅拌容器(10)的容器底壁(11)。

25.根据权利要求16或17所述的系统，其特征在于，

所述模拟介质(20)包括硅油或低温共熔盐。

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