CN113686917A - 一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置及实验方法 - Google Patents

一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置及实验方法 Download PDF

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Abstract

一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置及实验方法，该装置包括下部联箱、六角套管、耐高温加热元件以及上部膨胀箱等。能够在真实的环境下模拟小型铅铋堆燃料组件热工水力特性，研究不同入口温度，不同流速，不同热流密度等热工参数对于流动换热特性的影响。该实验装置还设计有大量压力，压差，温度测点，其中对于壁温的测量采取多根热电偶紧箍在加热元件表面与镶嵌在加热元件内壁面的方式，同时采取两种不同的壁面温度修正方式获得更加准确的壁面温度，对于研究换热关系式意义重大。实验装置可以在较宽的热工参数范围内运行并获得大量精准的试验数据，以便更加深入地开展液态铅铋合金流动换热特性的实验和理论研究。

Description

一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置及实验方法
技术领域
本发明属于核反应堆热工水力实验研究技术领域，具体涉及一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置及实验方法。
背景技术
铅冷快堆能够被选为第四代先进核能系统中的优先发展堆型，表明了核能领域对铅冷快堆安全性和经济性的认可和肯定，因此对于铅铋反应堆堆芯热工水力现象的研究十分重要。但是，液态铅铋燃料棒束组件的流动换热特性实验数据极其匮乏；尽管国际上现存很多液态金属(钠、钠-钾、汞或铅等)的流动换热关系式，但是并没有指出其对于其他液态金属的适用程度；拟合来源的实验大部分在六七十年代开展，而且对于实验条件并没有详细的描述，比如加热元件的固定方式，加热元件表面氧化浸润等等。因此对于液态铅铋冷却的燃料组件，很难选择合适的热工水力关系式。典型的液态金属反应堆堆芯由近百个燃料组件组成，每个燃料组件又由上百个燃料元件组成，一个完整的堆芯的热工水力分析需要知道整个堆芯内流场分布、温度场分布和压降的大小，但是进行堆芯1：1实验代价太大。所以需要针对一个简单组件进行实验，以此验证相关程序最后用于系统分析。
虽然国际上已经存在19棒束以及37，61棒术的实验但是7棒束组件独特流动换热特性并没有了解，所以基于该目的发明一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置及实验方法。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置及测量方法，可用于研究液态铅铋合金流动换热特性，为程序和数值计算提供数据库参考。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置,所述实验装置包括流道本体模块，功率加载模块和夹装固定模块；所述流道本体模块包括进口管1、下部联箱4、法兰连接装置8、电气安装预留箱引出管5、电气安装预留箱6、电气安装预留箱热电偶引出端及固定卡套7、六边形流道9、六角套管11、进口压力测量引压管12、引压缩径管与差压变送器接口法兰13、差压变送器接口14、内边角子通道流体温度测量热电偶引出端及固定卡套16、上部膨胀箱18、出口热电偶测量引出卡套19和出口管20；其中，进口管1一端连接下部联箱4，一端连接预热段出口段；下部联箱4通过法兰连接装置8和六角套管11固定连接，上部膨胀箱18和六角套管11也通过法兰连接装置固定连接，出口管20连接上部膨胀箱18；电气安装预留箱引出管5一端连接临近下部联箱4的六角套管11端部侧面，一端连接电气安装预留箱6，电气预留箱热电偶引出端及固定卡套7固定在电气安装预留箱6表面；六边形流道9上游距离入口L1位置处设置有进口压力测量引压管12，一端连接六角套管11，一端连接引压缩径管与差压变送器接口法兰13，引压缩径管与差压变送器接口法兰13通过差压变送器接口14与差压变送送器测量接管相连；六边形流道9位于六角套管11中心，是由六角套管11内部区域与加热元件15外部区域形成的，内边角子通道流体温度测量热电偶引出端及固定卡套16固定在六角套管11上；出口热电偶测量引出卡套19固定在上部膨胀箱18上；
所述功率加载模块主要就是7根加热元件15组成，电加热元件15由氧化镁包层15-2、位于氧化镁包层15-2内的耐高温电阻丝15-1、氧化镁包层15-2、电源引线15-3、包裹在氧化镁包层15-2外部的铠装外包壳15-4以及位于耐高温电阻丝15-1两端并从加热元件15底部引出的电源引线15-3组成，在铠装外包壳内壁面布置多根热电偶用于测量加热元件15壁面温度，加热元件15从下部联箱4底部进入依次穿过下部联箱4、六角套管11、定位格架17，采用密封结构进行密封连接，密封结构的密封环采用紫铜进行制作；加热元件15内壁面热电偶和加热元件内部耐高温电阻丝引线2从加热元件底部抽出分别与数据采集单元和外接功率调节单元连接；7根加热元件15用于模拟液态铅铋合金7棒束组件，作为实验段的核心部分，加热元件15和六边形流道9的接触面上进行抛光和磨床加工以降低表面粗糙度来减少表面接触热阻以及进行磨床加工提高加热元件直线度来提高加热功率的均匀性；加热元件15外壁面温度的测量采用多根热电偶固定在加热元件15表面，热电偶铠装及引线沿着加热元件15表面从电气安装预留箱引出管5、电气安装预留箱6、电气预留箱热电偶引出端及固定卡套7引出；对加热元件15内外壁面的温度的测量为了保证壁面温度测量的准确性，同时便于比较那种壁面温度的测量方法合适；
所述夹装固定模块由定位格架17和固定支架10组成，定位格架17设置在加热元件15末端，定位格架17固定在六角套管11内壁面，实验段整体用两个固定支架10在实验装置不同高度上进行固定。
所述实验装置中的六角套管11、进口管1、出口管20、下部联箱4、上部膨胀箱18、电气安装预留箱引出管5、进口压力测量引压管12外表面均包覆有硅酸铝保温层，以及缠绕在硅酸铝保温层内的加热丝，加热丝用于提供损失的热量，起到良好的热绝缘保温作用。
所述六边形流道9进口位于下部联箱4侧面，出口位于上部膨胀箱18顶端，并在进、出口部分分别预留了距离六角套管11底部入口距离为L2和距离加热元件15末端出口距离为L3的发展段，确保流动得到充分发展；其中入口距离L2根据流道形状、尺寸和上游入口条件通过查询热工水力手册确定，确保实验流体充分发展；出口距离L3根据流道形状、尺寸和下游出口条件通过查询热工水力手册确定，减轻尾流效应对实验流体的影响。
所述六边形流道9与下部联箱4和上部膨胀箱18一体化过渡结构设计，避免由于流道突扩突缩导致的流型急剧变化，有效减小了水力损失。
所述加热元件15顶端需要加工成子弹状，是为了防止加热元件15和定位格架17加工时的公差存在较大差别不利于加热元件15插入定位格架17进行固定。
所述实验装置不仅能够开展对称加热试验，还能够控制每个电加热元件15的启停，实现任意形式的热边界条件。
所述功率加载模块在升功率和降功率阶段均采用阶梯式缓慢调节，防止电加热元件热疲劳和短时冲击损坏。
所述包覆六边形流道9的六角套管11为不锈钢材质，精加工处理满足实验粗糙度和平直度要求；所述法兰连接装置8、引压缩径管与差压变送器接口法兰13、定位格架17和固定支架10的材质均为35CrMo合金结构钢，保证实验装置具有足够的承压能力，允许在更高压力工况参数范围内开展实验研究。
所述热电偶分为三类，加热元件15内壁面和外壁面温度测量热电偶，流体温度测量热电偶；因为工质是高温液态铅铋，所以这些热电偶的铠装要严格按照加热元件15尺寸防止引线直接接触液态铅铋，为了密封加热元件外壁面的热电偶要从电气安装预留箱引出管5、电气安装预留箱6、电气预留箱热电偶引出端及固定卡套7引出；测量流体温度的热电偶引线要从六角套管11外壁面的内边角子通道流体温度测量热电偶引出端及固定卡套16以及出口热电偶测量引出卡套19引出，内壁面热电偶引线直接从下部联箱底部引出。
所述的一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置的实验方法,在进行液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验时，保证实验装置的液态铅铋合金的进口管1的温度达到实验工况要求，在加热元件15不通电的情况下，差压变送器接口14外接的差压变送器测量的压力数据用于7棒束组件流动特性的分析；通过调节加热元件15外接的功率加载模块来调节加热元件外表面的热流密度，电气安装预留箱热电偶引出端及固定卡套7外接的采集系统得到的加热元件15的近外壁面流体温度以及内壁面热电偶和加热元件内部的耐高温电阻丝引线2外接的采集系统得到的加热元件15的近内壁面流体温度需要采用两种不同的温度修正方法进行修正后才能用于棒束组件换热特性进行分析，具体修正方法见公式(1)和公式(2)，
Figure BDA0003214524880000051
Figure BDA0003214524880000052
其中D是加热元件(15)的直径，Dtc是热电偶直径，q是加热元件(15)的表面热流密度，λf是加热元件(15)近外壁面液态铅铋合金的导热系数，λsolid是加热元件(15)铠装外包壳(15-4)的导热系数，Tw是直接测量得到的加热元件(15)的壁面温度，Tw,cor是校正后的加热元件(15)的壁面温度；
另外，内边角子通道流体温度测量热电偶引出端及固定卡套16连接的采集系统得到的是六边形流道9的局部温度用于7棒束组件内边角子通道的分析，通过上述方法可以实现在较宽的热工参数范围内运行实验装置并获得大量精准的试验数据，以便更加深入地开展液态铅铋合金流动换热特性的实验和理论研究。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明装置流道本体模块的进口管1、出口管20和六边形流道9之间采用上部膨胀箱18和下部联箱4过渡，避免由于流道突扩突缩导致的流型急剧变化，有效减小了水力损失。
2、本发明装置流道本体模块的六边形流道9上、下游分别留有充分发展长度L3、L4，使得流体平稳流入和流出六边形流道9中加热元件15有效加热段对应的区域，避免进口旋涡和出口尾流对有效试验段内流动和传热特性的影响。
3、本发明装置所述功率加载模块由若干并联、对称布置的加热单元15组成，通过调节各个加热单元15的输出功率，可以根据研究需要实现不同形式的横向热流分布。同时加热单元15采用分体布置，结构简单，易于加工，造价低廉，可以方便更换受损的电加热元件15。
4、本发明装置所述通过两种测量方式进行壁面温度测量，采用两种不同的修正方式可以较精确得到壁面温度，同时对比两种测量方式的优劣为其他实验提供参考价值。
5、本发明装置所述通过六角套管11侧壁连接内边角子通道流体温度测量热电偶引出端及固定卡套16方式测量内边角通道的流体平均温度，为数值计算程序验证提供实验数据。
6、本发明装置所述实验方法可以提供一种科学合理的液态金属实验的流程。
附图说明
图1为本发明实验段设计图。
图2为法兰连接装置示意图。
图3为定位格架示意图。
图4为加热元件示意图。
图5为内边角子通道流体温度测量热电偶引出端及固定卡套示意图。
图6为加热元件俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的说明：
如图1、图2和图3所示，本发明一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置,所述实验装置包括流道本体模块，功率加载模块和夹装固定模块；所述流道本体模块包括进口管1、下部联箱4、法兰连接装置8、电气安装预留箱引出管5、电气安装预留箱6、电气安装预留箱热电偶引出端及固定卡套7、六边形流道9、六角套管11、进口压力测量引压管12、引压缩径管与差压变送器接口法兰13、差压变送器接口14、内边角子通道流体温度测量热电偶引出端及固定卡套16、上部膨胀箱18、出口热电偶测量引出卡套19和出口管20；其中，进口管1一端连接下部联箱4，一端连接预热段出口段；下部联箱4通过法兰连接装置8和六角套管11固定连接，上部膨胀箱18和六角套管11也通过法兰连接装置固定连接，出口管20连接上部膨胀箱18；电气安装预留箱引出管5一端连接临近下部联箱4的六角套管11端部侧面，一端连接电气安装预留箱6，电气预留箱热电偶引出端及固定卡套7固定在电气安装预留箱6表面；六边形流道9上游距离入口L1位置处设置有进口压力测量引压管12，一端连接六角套管11，一端连接引压缩径管与差压变送器接口法兰13，引压缩径管与差压变送器接口法兰13通过差压变送器接口14与差压变送送器测量接管相连；六边形流道9位于六角套管11中心，是由六角套管11内部区域与加热元件15外部区域形成的，内边角子通道流体温度测量热电偶引出端及固定卡套16固定在六角套管11上；出口热电偶测量引出卡套19固定在上部膨胀箱18上；
所述功率加载模块主要就是7根加热元件15组成，如图4、图5和图6所示，电加热元件15由氧化镁包层15-2、位于氧化镁包层15-2内的耐高温电阻丝15-1、氧化镁包层15-2、电源引线15-3、包裹在氧化镁包层15-2外部的铠装外包壳15-4以及位于耐高温电阻丝15-1两端并从加热元件15底部引出的电源引线15-3组成，在铠装外包壳内壁面布置多根热电偶用于测量加热元件15壁面温度，加热元件15从下部联箱4底部进入依次穿过下部联箱4、六角套管11、定位格架17，采用密封结构进行密封连接，密封结构的密封环采用紫铜进行制作；加热元件15内壁面热电偶和加热元件内部耐高温电阻丝引线2从加热元件底部抽出分别与数据采集单元和外接功率调节单元连接；7根加热元件15用于模拟液态铅铋合金7棒束组件，作为实验段的核心部分，加热元件15和六边形流道9的接触面上进行抛光和磨床加工以降低表面粗糙度来减少表面接触热阻以及进行磨床加工提高加热元件直线度来提高加热功率的均匀性；加热元件15外壁面温度的测量采用多根热电偶固定在加热元件15表面，热电偶铠装及引线沿着加热元件15表面从电气安装预留箱引出管5、电气安装预留箱6、电气预留箱热电偶引出端及固定卡套7引出；对加热元件15内外壁面的温度的测量为了保证壁面温度测量的准确性，同时便于比较那种壁面温度的测量方法合适；
所述夹装固定模块由定位格架17和固定支架10组成，定位格架17设置在加热元件15末端，定位格架17固定在六角套管11内壁面，实验段整体用两个固定支架10在实验装置不同高度上进行固定。
所述实验装置中的六角套管11、进口管1、出口管20、下部联箱4、上部膨胀箱18、电气安装预留箱引出管5、进口压力测量引压管12外表面均包覆有硅酸铝保温层，以及缠绕在硅酸铝保温层内的加热丝，加热丝用于提供损失的热量，起到良好的热绝缘保温作用。
所述六边形流道9进口位于下部联箱4侧面，出口位于上部膨胀箱18顶端，并在进、出口部分分别预留了距离六角套管11底部入口距离为L2和距离加热元件15末端出口距离为L3的发展段，确保流动得到充分发展；其中入口距离L2根据流道形状、尺寸和上游入口条件通过查询热工水力手册确定，确保实验流体充分发展；出口距离L3根据流道形状、尺寸和下游出口条件通过查询热工水力手册确定，减轻尾流效应对实验流体的影响。
所述六边形流道9与下部联箱4和上部膨胀箱18一体化过渡结构设计，避免由于流道突扩突缩导致的流型急剧变化，有效减小了水力损失。
如图4所示，所述加热元件15顶端需要加工成子弹状，是为了防止加热元件15和定位格架17加工时的公差存在较大差别不利于加热元件15插入定位格架17进行固定。
所述实验装置不仅能够开展对称加热试验，还能够控制每个电加热元件15的启停，实现任意形式的热边界条件。
所述功率加载模块在升功率和降功率阶段均采用阶梯式缓慢调节，防止电加热元件热疲劳和短时冲击损坏。
所述包覆六边形流道9的六角套管11为不锈钢材质，精加工处理满足实验粗糙度和平直度要求；所述法兰连接装置8、引压缩径管与差压变送器接口法兰13、定位格架17和固定支架10的材质均为35CrMo合金结构钢，保证实验装置具有足够的承压能力，允许在更高压力工况参数范围内开展实验研究。
所述热电偶分为三类，加热元件15内壁面和外壁面温度测量热电偶，流体温度测量热电偶；因为工质是高温液态铅铋，所以这些热电偶的铠装要严格按照加热元件15尺寸防止引线直接接触液态铅铋，为了密封加热元件外壁面的热电偶要从电气安装预留箱引出管5、电气安装预留箱6、电气预留箱热电偶引出端及固定卡套7引出；测量流体温度的热电偶引线要从六角套管11外壁面的内边角子通道流体温度测量热电偶引出端及固定卡套16以及出口热电偶测量引出卡套19引出，内壁面热电偶引线直接从下部联箱底部引出。
所述的一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置的实验方法,在进行液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验时，保证实验装置的液态铅铋合金的进口管1的温度达到实验工况要求，在加热元件15不通电的情况下，差压变送器接口14外接的差压变送器测量的压力数据用于7棒束组件流动特性的分析；通过调节加热元件15外接的功率加载模块来调节加热元件外表面的热流密度，电气安装预留箱热电偶引出端及固定卡套7外接的采集系统得到的加热元件15的近外壁面流体温度以及内壁面热电偶和加热元件内部的耐高温电阻丝引线2外接的采集系统得到的加热元件15的近内壁面流体温度需要采用两种不同的温度修正方法进行修正后才能用于棒束组件换热特性进行分析，具体修正方法见公式(1)和公式(2)，
Figure BDA0003214524880000101
Figure BDA0003214524880000111
其中D是加热元件(15)的直径，Dtc是热电偶直径，q是加热元件(15)的表面热流密度，λf是加热元件(15)近外壁面液态铅铋合金的导热系数，λsolid是加热元件(15)铠装外包壳(15-4)的导热系数，Tw是直接测量得到的加热元件(15)的壁面温度，Tw,cor是校正后的加热元件(15)的壁面温度。另外，内边角子通道流体温度测量热电偶引出端及固定卡套16连接的采集系统得到的是六边形流道9的局部温度用于7棒束组件内边角子通道的分析，通过上述方法可以实现在较宽的热工参数范围内运行实验装置并获得大量精准的试验数据，以便更加深入地开展液态铅铋合金流动换热特性的实验和理论研究。
本发明实验装置工作可靠，操作方便，能够较好的开展相关科学研究工作。能够在真实的环境下模拟小型铅铋堆燃料组件热工水力特性，研究不同入口温度，不同流速，不同热流密度等热工参数对于流动换热特性的影响。该实验装置还设计有大量压力，压差，温度测点，其中对于壁温的测量采取多根热电偶紧箍在加热元件表面与镶嵌在加热元件内壁面的方式，同时采取两种不同的壁面温度修正方式获得更加准确的壁面温度，对于研究换热关系式意义重大。实验装置还考虑内边角通道相关参数的测量，对于子通道程序的发展有重要参考意义。实验装置的压差测点得到的数据可以反映出燃料棒束的水力特性，对于燃料棒束流动阻力特性的研究提供重要参考。实验装置可以在较宽的热工参数范围内运行并获得大量精准的试验数据，以便更加深入地开展液态铅铋合金流动换热特性的实验和理论研究。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置,其特征在于：所述实验装置包括流道本体模块，功率加载模块和夹装固定模块；所述流道本体模块包括进口管(1)、下部联箱(4)、法兰连接装置(8)、电气安装预留箱引出管(5)、电气安装预留箱(6)、电气安装预留箱热电偶引出端及固定卡套(7)、六边形流道(9)、六角套管(11)、进口压力测量引压管(12)、引压缩径管与差压变送器接口法兰(13)、差压变送器接口(14)、内边角子通道流体温度测量热电偶引出端及固定卡套(16)、上部膨胀箱(18)、出口热电偶测量引出卡套(19)和出口管(20)；其中，进口管(1)一端连接下部联箱(4)，一端连接预热段出口段；下部联箱(4)通过法兰连接装置(8)和六角套管(11)固定连接，上部膨胀箱(18)和六角套管(11)也通过法兰连接装置固定连接，出口管(20)连接上部膨胀箱(18)；电气安装预留箱引出管(5)一端连接临近下部联箱(4)的六角套管(11)端部侧面，一端连接电气安装预留箱(6)，电气预留箱热电偶引出端及固定卡套(7)固定在电气安装预留箱(6)表面；六边形流道(9)上游距离入口L1位置处设置有进口压力测量引压管(12)，一端连接六角套管(11)，一端连接引压缩径管与差压变送器接口法兰(13)，引压缩径管与差压变送器接口法兰(13)通过差压变送器接口(14)与差压变送送器测量接管相连；六边形流道(9)位于六角套管(11)中心，是由六角套管(11)内部区域与加热元件(15)外部区域形成的，内边角子通道流体温度测量热电偶引出端及固定卡套(16)固定在六角套管(11)上；出口热电偶测量引出卡套(19)固定在上部膨胀箱(18)上；
所述功率加载模块主要就是7根加热元件(15)组成，电加热元件(15)由氧化镁包层(15-2)、位于氧化镁包层(15-2)内的耐高温电阻丝(15-1)、氧化镁包层(15-2)、电源引线(15-3)、包裹在氧化镁包层(15-2)外部的铠装外包壳(15-4)以及位于耐高温电阻丝(15-1)两端并从加热元件(15)底部引出的电源引线(15-3)组成，在铠装外包壳内壁面布置多根热电偶用于测量加热元件(15)壁面温度，加热元件(15)从下部联箱(4)底部进入依次穿过下部联箱(4)、六角套管(11)、定位格架(17)，采用密封结构进行密封连接，密封结构的密封环采用紫铜进行制作；加热元件(15)内壁面热电偶和加热元件内部耐高温电阻丝引线(2)从加热元件底部抽出分别与数据采集单元和外接功率调节单元连接；7根加热元件(15)用于模拟液态铅铋合金7棒束组件，作为实验段的核心部分，加热元件(15)和六边形流道(9)的接触面上进行抛光和磨床加工以降低表面粗糙度来减少表面接触热阻以及进行磨床加工提高加热元件直线度来提高加热功率的均匀性；加热元件(15)外壁面温度的测量采用多根热电偶固定在加热元件(15)表面，热电偶铠装及引线沿着加热元件(15)表面从电气安装预留箱引出管(5)、电气安装预留箱(6)、电气预留箱热电偶引出端及固定卡套(7)引出；对加热元件(15)内外壁面的温度的测量为了保证壁面温度测量的准确性，同时便于比较那种壁面温度的测量方法合适；
所述夹装固定模块由定位格架(17)和固定支架(10)组成，定位格架(17)设置在加热元件(15)末端，定位格架(17)固定在六角套管(11)内壁面，实验段整体用两个固定支架(10)在实验装置不同高度上进行固定。
2.根据权利要求1所述的一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置,其特征在于：所述实验装置中的六角套管(11)、进口管(1)、出口管(20)、下部联箱(4)、上部膨胀箱(18)、电气安装预留箱引出管(5)、进口压力测量引压管(12)外表面均包覆有硅酸铝保温层，以及缠绕在硅酸铝保温层内的加热丝，加热丝用于提供损失的热量，起到良好的热绝缘保温作用。
3.根据权利要求1所述的一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置,其特征在于：所述六边形流道(9)进口位于下部联箱(4)侧面，出口位于上部膨胀箱(18)顶端，并在进、出口部分分别预留了距离六角套管(11)底部入口距离为L2和距离加热元件(15)末端出口距离为L3的发展段，确保流动得到充分发展；其中入口距离L2根据流道形状、尺寸和上游入口条件通过查询热工水力手册确定，确保实验流体充分发展；出口距离L3根据流道形状、尺寸和下游出口条件通过查询热工水力手册确定，减轻尾流效应对实验流体的影响。
4.根据权利要求1所述的一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置,其特征在于：所述六边形流道(9)与下部联箱(4)和上部膨胀箱(18)一体化过渡结构设计，避免由于流道突扩突缩导致的流型急剧变化，有效减小了水力损失。
5.根据权利要求1所述的一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置,其特征在于：所述加热元件(15)顶端需要加工成子弹状，是为了防止加热元件(15)和定位格架(17)加工时的公差存在较大差别不利于加热元件(15)插入定位格架(17)进行固定。
6.根据权利要求1所述的一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置,其特征在于：所述实验装置不仅能够开展对称加热试验，还能够控制每个电加热元件(15)的启停，实现任意形式的热边界条件。
7.根据权利要求1所述的一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置,其特征在于：所述功率加载模块在升功率和降功率阶段均采用阶梯式缓慢调节，防止电加热元件热疲劳和短时冲击损坏。
8.根据权利要求1所述的一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置,其特征在于：所述包覆六边形流道(9)的六角套管(11)为不锈钢材质，精加工处理满足实验粗糙度和平直度要求；所述法兰连接装置(8)、引压缩径管与差压变送器接口法兰(13)、定位格架(17)和固定支架(10)的材质均为35CrMo合金结构钢，保证实验装置具有足够的承压能力，允许在更高压力工况参数范围内开展实验研究。
9.根据权利要求1所述的一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置,其特征在于：所述热电偶分为三类，加热元件(15)内壁面和外壁面温度测量热电偶，流体温度测量热电偶；因为工质是高温液态铅铋，所以这些热电偶的铠装要严格按照加热元件(15)尺寸防止引线直接接触液态铅铋，为了密封加热元件外壁面的热电偶要从电气安装预留箱引出管(5)、电气安装预留箱(6)、电气预留箱热电偶引出端及固定卡套(7)引出；测量流体温度的热电偶引线要从六角套管(11)外壁面的内边角子通道流体温度测量热电偶引出端及固定卡套(16)以及出口热电偶测量引出卡套(19)引出，内壁面热电偶引线直接从下部联箱底部引出。
10.权利要求1至9任一项所述的一种液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验装置的实验方法,其特征在于：在进行液态铅铋合金7棒束组件流动换热实验时，保证实验装置的液态铅铋合金的进口管(1)的温度达到实验工况要求，在加热元件(15)不通电的情况下，差压变送器接口(14)外接的差压变送器测量的压力数据用于7棒束组件流动特性的分析；通过调节加热元件(15)外接的功率加载模块来调节加热元件外表面的热流密度，电气安装预留箱热电偶引出端及固定卡套(7)外接的采集系统得到的加热元件(15)的近外壁面流体温度以及内壁面热电偶和加热元件内部的耐高温电阻丝引线(2)外接的采集系统得到的加热元件(15)的近内壁面流体温度需要采用两种不同的温度修正方法进行修正后才能用于棒束组件换热特性进行分析，具体修正方法见公式(1)和公式(2)，
Figure FDA0003214524870000051
Figure FDA0003214524870000052
其中D是加热元件(15)的直径，Dtc是热电偶直径，q是加热元件(15)的表面热流密度，λf是加热元件(15)近外壁面液态铅铋合金的导热系数，λsolid是加热元件(15)铠装外包壳(15-4)的导热系数，Tw是直接测量得到的加热元件(15)的壁面温度，Tw,cor是校正后的加热元件(15)的壁面温度；
另外，内边角子通道流体温度测量热电偶引出端及固定卡套(16)连接的采集系统得到的是六边形流道(9)的局部温度用于7棒束组件内边角子通道的分析，通过上述方法可以实现在较宽的热工参数范围内运行实验装置并获得大量精准的试验数据，以便更加深入地开展液态铅铋合金流动换热特性的实验和理论研究。
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