CN117607211B - 回路系统、该回路系统内液态金属中杂质检测及消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回路系统、该回路系统内液态金属中杂质检测及消除方法，属于工程热物理与流体力学技术领域。该回路系统包括实验段以及与实验段连接的工质循环管路，工质循环管路上依次设有变频电磁泵、换热器、流量检测装置和膨胀箱；所述膨胀箱底部的管道上设有加热组件，工质缓冲装置管路连接有氩气供应装置和工质存储装置；膨胀箱还通过第一管路与真空泵和氩气供应装置管路连接，膨胀箱与实验段连接的工质循环管路还通过分支管路与第一管路连接。本发明回路系统能够与本发明的杂质判断方法及消除方法相互配合，实现回路系统内的气泡及液态金属氧化物的判断及消除，在提高实验结果准确率的基础上，提高了液态金属的有效利用率。

Description

回路系统、该回路系统内液态金属中杂质检测及消除方法

技术领域

本发明涉及工程热物理与流体力学技术领域，具体涉及一种回路系统、该回路系统内液态金属中杂质检测及消除方法。

背景技术

由于液态金属具备高导电性，高导热率，高沸点低熔点等优点，目前已经在许多领域被重视并得到很好的发展，如利用其高热导率，被用于芯片散热；利用其低熔点的特性，被制备成热敏电阻，火灾报警装置等；利用高导电性的优点，替代了常规单质金属，被用于电器的开关。为了更好的优化液态金属在各领域的应用，一般都需要基于大量的实验研究去获得液态金属的流体力学与热力学特性等。因而一套完善的液态金属实验回路系统是必不可少的。

例如中国专利CN201110175944.9提出了液态金属钠热工水力实验回路系统及其使用方法，此专利提供了金属钠的在线净化，保持了工质的纯度，并可通过手套箱对液态金属钠的取样分析，基于检测到的回路运行情况，实现液态金属钠的热工水力特性分析实验。此系统结构简单，操作安全，且具备钠的检测与净化功能，但此系统不宜作为非钠液态金属的实验回路。

又如，中国专利CN202210870783.3提出了一种适用于聚变堆先进包层研究的高温磁流体实验回路，此回路主要有锂铅回路、导热油回路、冷却水回路以及气路等及部分组成。此回路可以研究高Re数与高Ha数实验工况，实验工质的参数有较宽选择性，但是其回路更换实验段较复杂，需要工质量大。

另外，目前现有的回路系统在实验阶段工质的检测难度大，很难完成排查工质氧化，气泡等问题。

若实验过程中液态金属中含有气泡，管道流中存在的气泡会对流动特征产生影响，主要包括以下方面：1)流体阻力增加。气泡具有较小的密度和惯性，流体在经过气泡时发生扰动，使得流体的速度分布变得不均匀，进而增加了管道中整体流体的阻力。2)流速分布变化。气泡的存在会改变流体的速度分布，使得流速分布变得不均匀。气泡的分布和数量对流速分布的影响较大，如果气泡数量较多且分布不均匀，会导致流体在管道中产生不稳定的涡流或湍流，进而加大管道的阻力和能耗。3)液滴或气泡的沉积和堵塞。气泡如果在管道四周壁面附着和沉积，就会影响管道的通道截面面积，从而增加流体的阻力和流动阻塞，甚至可能堵塞管道的正常流动。4)流体压力降低。气泡的存在会造成流体的压力下降，影响管道中液体的流动。影响最终的实验结果。

若实验过程中液态金属中包含了部分被氧化的液态金属，由于液态金属氧化后，其粘度增加了几个数量级，影响实验结果；同时液态金属氧化物有时会附着于测量设备上，如超声多普勒流速仪，附着氧化物对超声波的传播和回波的接收都会产生干扰，进而降低信号质量和信噪比，影响测量的灵敏度和准确性；附着氧化物会改变探头的形状和表面特性，导致测量到的回波信号产生畸变，进而影响速度测量结果的准确性。由于氧化物的存在，在不同的实验运行中，UDV探头的测量性能可能会发生变化，导致测量结果的重复性下降。对于其他测量设备，可能直接失效，比如压力变送器。

因此在液态金属回路系统中，存在气泡以及长时间运行时液态金属发生氧化，都会对实验产生影响，而目前的液态金属回路系统不利于进行气泡及液态金属氧化物的检测，更不能借助在用的回路系统对工质内的气泡及液态金属氧化物进行消除。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种回路系统、该回路系统内液态金属中杂质检测及消除方法，能够利于本发明设计的回路系统方便液态金属相关实验的进行，同时能够对回路系统中的气泡及液态金属氧化物进行检测并借助本发明的回路系统实现对回路工质中的气泡及液态金属氧化物进行消除，同时本发明还提供了本回路系统中的气泡及液态金属氧化物及消除方法。

本发明的目的之一在于提供一种回路系统，包括实验段以及与实验段连接的工质循环管路，所述工质循环管路上依次设有变频电磁泵、换热器、流量检测装置和膨胀箱；所述变频电磁泵通过工质循环管路与实验段的输出端连接，所述膨胀箱底部还通过工质循环管路与实验段的输入端连接，所述膨胀箱底部的管道上设有加热组件，用于对进入膨胀箱的液态金属进行加热使得其中的气泡上升至膨胀箱的顶部；

所述变频电磁泵还与工质缓冲装置管路连接，所述工质缓冲装置管路连接有氩气供应装置和工质存储装置；所述膨胀箱还通过第一管路与所述真空泵和氩气供应装置管路连接，所述膨胀箱与实验段连接的工质循环管路还通过分支管路与第一管路连接。

较佳地，所述换热器与流量检测装置之间的工质循环管路上设有第一压力检测装置，所述膨胀箱与实验段入口端连接的工质循环管路上设有第二压力检测装置，所述变频电磁泵与实验段出口端连接的工质循环管路上设有第三压力检测装置。

较佳地，所述膨胀箱的顶部、所述膨胀箱与实验段入口端连接的工质循环管路、变频电磁泵与实验段出口端连接的工质循环管路、第一管路、分支管路、工质缓冲罐与工质循环管路的连接管路、氩气供应装置输出管路以及与真空泵连接管路上均设有阀门。

较佳地，还包括移动车体，所述回路系统设于所述移动车体上。

较佳地，所述工质循环管路上设有温度检测装置，所述工质缓冲装置和膨胀箱内均设有液位检测装置。

本发明的目的之二在于提供上述回路系统内液态金属中杂质检测方法，

实验前及实验进行阶段，对工质循环管路进行电阻检测，所述电阻检测位置为水平工质循环管路沿重力方向上的管壁间的电阻，通过对于管壁所有位置的电阻值进行测量，进行统计学观察，找出测量值落在置信区间95％以外区域的点，这些点对应的位置有气泡；

实验进行阶段，在对工质循环管路进行电阻检测的同时，检测工质循环管路中的液态金属是否发生氧化。

较佳地，检测工质循环管路中的液态金属是否发生氧化的具体方法如下：

当实验进行时，若间断性的出现流量计的读数小于变频电磁泵的出厂测试流量值，说明在管道内有部分液态金属氧化物；

若流量计的读数持续小于变频电磁泵的出厂测试流量值，且实验段输入端和输出端的压差变小，说明在管道内各个截面都漂浮有液态金属氧化物；

若仅间断性的出现流量计的读数小于变频电磁泵的出厂测试流量值，且实验段输入端和输出端的压差变小，说明在管道内存在液态金属氧化物的块。

本发明的目的之三在于，提供上述回路系统内液态金属中气泡的消除方法如下：

回路系统内液态金属中气泡的消除方法如下：

确定气泡所在位置；找到工质循环管路中测量值落在置信区间95％以外区域点的位置，然后判断所在位置在膨胀箱的上游还是下游；

所述膨胀箱正下方的管道壁加热；

如果气泡位于膨胀箱上游位置，缓慢启动变频电磁泵，并且缓慢恒定速度转动，使工质缓慢流动，带动气泡向下游流动，当气泡经过膨胀箱时，借助于此段管道加热，使得浮力增加，气泡会上浮至膨胀箱最高液面；

若气泡位于下游位置，变频电磁泵反向转动，并且缓慢恒定速度转动，使得工质反向流动，同样在经过膨胀箱时，借助于此段管道加热，使得浮力增加，气泡会上浮至膨胀箱最高液面。

较佳地，在实验前，提前设定工质循环管路内流量的最大不确定度，获得当前工质循环管路内流量的不确定度，判断当前工质循环管路内的流量不确定度是否超过提前设定工质循环管路内流量的最大不确定度，若没有超过则选择继续试验，若超过则进行回路系统内液态金属中液态金属氧化物的消除，所述回路系统内液态金属中液态金属氧化物的消除的具体方法如下：

判断工质循环管路内杂质类型；

如判断结果是在管路内含有液态金属氧化物，同时流量检测装置，第一压力检测装置，第二压力检测装置，第三压力检测装置的检测值没有明显异常，且当前的不确定度小于最大的不确定度，则可继续实验；

如判断结果是各个截面都漂浮有液态金属氧化物，且当前的不确定度小于最大的不确定度；则向回路中充入氩气，将回路中所有工质排入工质缓冲罐中；静置3小时以上；向工质缓冲罐中充入氩气，将静置后工质缓冲罐底部的没有被氧化的工质被压入回路内，待膨胀箱达到一定高度后停止；若判断结果是在管道内含有液态金属氧化物，且当前的不确定度大于最大的不确定度，采用的消除方法与上述各个截面都漂浮有液态金属氧化物消除方法相同；

如判断结果是在管路内存在液态金属氧化物的块，且当前的不确定度大于最大的不确定度；采用的消除方法与上述各个截面都漂浮有液态金属氧化物消除方法相同。

较佳地，所述工质循环管路内流量的最大不确定度与当前流量不确定度的判断方法具体如下：

设定工质循环管路内流量最大不确定度；

向工质循环管路内注入液态金属并消除气泡后，选定变频电磁泵的转速，记录第一次运行时平均流量，运行一段时间后，将变频电磁泵调节到之前选定变频电磁泵转速，恒定转速转动，再次记录相同时间内的平均流量，并将当前的平均流量与第一次运行时的平均流量对比，计算当前的不确定度，当当前不确定度大于最大不确定度时，进行液态金属氧化物的消除

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的液态金属回路系统方便更换实验段，液态金属价格昂贵且易氧化，解决了现有的回路系统更换实验段麻烦且会浪费液态金属(氧化浪费及管道残余)的问题，同时本发明的液态金属回路能够移动，便于在磁场下进行相关实验；

本发明的回路系统能够与本发明的杂质判断方法及消除方法相互配合，实现本发明回路系统内的气泡及液态金属氧化物的判断及消除，在提高实验结果准确率的基础上，通过合理的杂质消除方法提高了液态金属的有效利用率，降低了实验成本。

本发明对实验段与回路中含有的少量气泡的检测，是利用液态金属的导电性，通过对于壁面所有位置的电阻值进行测量，进行统计学观察，测量值落在置信区间95％以外区域的点，则此位置有气泡，然后利用变频电磁泵可以双向驱动流体，进而在确定气泡位置后，可以驱动流体带动气泡运动。最后通过对膨胀箱下部管道进行加热，增加了对膨胀箱下部流体的浮力，使得气泡漂浮在膨胀箱液面顶部。

本发明利用电磁泵恒定转速时，液态金属氧化物对驱动的影响来判断氧化物，通过引入不确定度，在液态金属相关实验进行前，设定好管道流体的最大不确定度，通过判断方法来获得此时的不确定大小，从而决定要不要进行除杂处理，同时利用将工质引入工质缓存装置静置并利用氩气将下层不含氧化物的液态金属氧化物再次压入回路继续试验的方式消除工质循环管路中的金属氧化物，提高了液态金属的有效利用率，降低了实验成本。

附图说明

图1为本发明的回路系统结构示意图；

图2为本发明的杂质判断及清除方法流程图。

附图标记说明：

1、实验段；2、氩气瓶；3、工质缓冲罐；4、工质储存罐；5、变频电磁泵；6、换热器；7、电磁流量计；8、膨胀箱；9、真空泵；L11、第一液位计第一液位；L12、第一液位计第二液位；L21、第二液位计第一液位；L22、第二液位计第二液位；L23、第二液位计第三液位；L24、第二液位计第四液位；T1、第一温度计；T2、第二温度计；P1、第一压力表；P2、第二压力表；P3、第三压力表；P4、第四压力表；V1、第一球阀；V2、第二球阀；V3、第三球阀；V4、第四球阀；V5、第五球阀；V6、第六球阀；V7、第七球阀；V8、第八球阀；V9、第九球阀；V10、第十球阀；V11、第十一球阀；V12、第十二球阀；V13、第十三球阀；30、第一管路；40、分支管路。

具体实施方式

下面结合附图1-2，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出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。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的一种回路系统，包括实验段1以及与实验段1连接的工质循环管路，所述工质循环管路上依次设有变频电磁泵5、换热器6、流量检测装置7和膨胀箱8；所述变频电磁泵5通过工质循环管路与实验段1的输出端连接，所述膨胀箱8底部还通过工质循环管路与实验段1的输入端连接，所述膨胀箱8下部的管道上设有加热组件，用于对进入膨胀箱8的液态金属进行加热使得其中的气泡上升至膨胀箱8的顶部；膨胀箱8下部的管道可以是膨胀箱8与工质循环管路的连接管道以及位于其下方的工质循环管路，通过对膨胀箱8下部管道的加热以增加流经此处的工质中的气泡浮力，使其能够漂浮在膨胀箱8的顶部，不参与工质循环，使得工质循环管路中的工质不包含气泡；作为更优选的方式，为了使温度快速传到至管道中部，进而对管道中心的工质进行加热，加热部分对应的管道内部可以增设导热组件，如在管道内部增加能够固定在管道内壁且向管道中部延伸的导热金属丝或导热金属片，在既不影响液态金属流动的基础上，将管壁温度向中部传到，使得此处的液态金属能够快速均匀受热，并使其内部的气泡迅速上升至膨胀箱8顶部。膨胀箱8上可以设置可视窗口，用于观测其液面上的气泡情况。

所述变频电磁泵5还与工质缓冲装置3管路连接，所述工质缓冲装置3管路连接有氩气供应装置2和工质存储装置4；所述膨胀箱8还通过第一管路30与所述真空泵9和氩气供应装置2管路连接，所述膨胀箱8与实验段1连接的工质循环管路还通过分支管路40与第一管路30连接。本实施例中的工质缓冲装置3用于缓存工质并用于在消除液态金属氧化物时用于静置工质，并将静置后的下层不含液态金属的氧化物的工质在氩气压力下压入工质循环管路中，通过消除液态金属中的氧化物，提高了工质利用率，降低实验成本。

换热器6与流量检测装置7之间的工质循环管路上设有第一压力检测装置，所述膨胀箱8与实验段入口端连接的工质循环管路上设有第二压力检测装置，所述变频电磁泵5与实验段1出口端连接的工质循环管路上设有第三压力检测装置。第一压力检测装置、第二压力检测装置以及第三压力检测装置用于对回路系统中的压力进行检测，本实施例中的各压力检测装置可以是压力传感器、压力表或压力计，本实施例中采用的压力表分别与图1中的P1-P3对应，同时在本实施例中还增设了P4，用于检测工质缓冲罐3的内部压力。

所述膨胀箱8的顶部、所述膨胀箱8与实验段入口端连接的工质循环管路、变频电磁泵5与实验段1出口端连接的工质循环管路、第一管路30、分支管路40、工质缓冲罐3与工质循环管路的连接管路、氩气供应装置2输出管路以及与真空泵9连接管路上均设有阀门，本实施例的阀门均为球阀，具体位置见图1的V1-V13。

作为更优选的实施例，在上述基础上，还包括移动车体，所述回路系统设于所述移动车体上。使得本实施例的整个回路系统能够自由移动，由于液态金属有时需要在磁场下进行，大型超导磁铁往往价格昂贵且不能移动，本实施例可移动的回路系统有利于超导磁铁的利用率，当需要在磁场下进行实验时，将本实施例的回路系统移动至超导磁铁区域内，实验结束后将回路系统移走即可。

工质循环管路上设有温度检测装置，所述工质缓冲装置3和膨胀箱8内均设有液位检测装置。温度检测装置用于检测工质的温度，作为举例，温度检测装置可以是温度传感器或温度计；液位检测装置为液位传感器或液位计，主要用于对工质缓冲装置3以及膨胀箱8内的液位进行监测，本实施例中温度计对应图1中的T1-T2，液位计对应图1中的L11-L12以及L21-L24，具体位置详见图1，需要说明的是，本实施例以及图1示出的温度计以及液位计的布设方式只是能够实施温度检测以及液位检测目的的方式之一，任何能够满足对工质缓冲装置3和膨胀箱8内的液位进行监测以及对管路中循环的工质温度进行检测的方式都属于本发明的保护范围。

实施例2

如图1所示，实验段1连接第二压力表P2，第二压力表P2通过第四球阀V4连接电磁流量计7，电磁流量计7连接第一压力表P1，第一压力表P1连接第一温度计T1，第一温度计T1与换热器6相连，换热器6与变频电磁泵5相连，变频电磁泵5通过第五球阀V5连接第三压力表P3，第三压力表P3连接实验段。

第二压力表P2与第四球阀V4间的管道通过第二球阀V2与第三球阀V3连接膨胀箱8，膨胀箱8连接第一球阀V1，第二球阀V2与第三球阀V3间的管道通过第九球阀V9连接到第八球阀V8与第十球阀V10，且又连接到第七球阀V7与第十一球阀V11间的管道，变频电磁泵5与第五球阀V5间的管道通过第六球阀V6连接到工质缓冲罐3，工质缓冲罐3通过V12是第十二球阀与V13是第十三球阀连接到工质储存罐4，质储存罐4通过第十一球阀V11与第七球阀V7连接到真空泵9，工质缓冲罐3通过第十球阀V10与第八球阀V8连接到氩气瓶2。

本部分结合图1，介绍本发明的三个实施例，分别为排空回路与实验段内空气，系统启动与停机及实验段的更换。

结合图1，介绍本发明的第一个实施例，排空回路与实验段内空气。

由图1所示，将工质容器与工质存储罐4连接好，打开第一球阀V1，第二球阀V2，第三球阀V3，第四球阀V4，第五球阀V5，第六球阀V6，第十一球阀V11，第十二球阀V12，第十三球阀V13。关闭第七球阀V7，第八球阀V8，第九球阀V9，第十球阀V10。

打开第十球阀V10，缓慢打开第八球阀V8和第九球阀V9，保持2分钟后关闭第一球阀V1。

观察第二压力表P2，当第二压力表P2读数稳定时，氩气不再输出后，关闭第十球阀V10。

开启第七球阀V7和真空泵9进行抽真空，直至真空泵9上的真空表值达到要求后，关闭第七球阀V7和真空泵9。

将上述三个操作步骤反复进行3-5次，在重复过程中第一球阀V1始终关闭。

结合图1，介绍本发明的第一个实施例，系统启动与停机。

在完成排空回路与实验段内空气后，关闭第六球阀V6，充入工质至工质存储罐4，直到工质存储罐4设定液位后停止。

关闭第三球阀V3，打开第六球阀V6和第十球阀V10，缓慢打开第八球阀V8，待系统液位上升至第一液位计第一液位L11时，关闭第六球阀V6和第八球阀V8。

缓慢开启第九球阀V9向膨胀箱8充气，待第二压力表P2与第四压力表P4一致时，关闭第九球阀V9，第十球阀V10和第二球阀V2；

启动变频电磁泵5进行试验。实验过程中若膨胀箱8液位低于L12时，停止变频电磁泵5，重复前两步；

实验结束后，打开第二球阀V2，第八球阀V8和第九球阀V9，延迟5S后开启第六球阀V6，工质回流至工质存储罐3后，关闭第一球阀V1。

再次实验时，按照前四步操作，若过程中液位一直达不到第一液位计处第一液位L11，间歇性开启第一球阀V1，直至液位值达到第一液位计第一液位L11。

结合图1，介绍本发明的第一个实施例，实验段的更换。

当设备运行时，需要更换实验段。

打开第三球阀V3，第五球阀V5，第九球阀V9和第十球阀V10，其余球阀均为关闭状态，向系统内通入氩气，待第三压力表P3读数稳定后，关闭第三球阀V3，第五球阀V5，第九球阀V9和第十球阀V10。

更换实验段，打开第三球阀V3，第七球阀V7，第九球阀V9，真空泵进行抽真空，直至真空泵9上的真空表值达到要求。关闭第七球阀V7，向回路中充入氩气。

反复重复前一个步骤进行3-5次，后关闭第三球阀V3，第七球阀V7，第九球阀V9和第十球阀V10，进行实验。

实施例3

对于液态金属的管道流，膜流等实验，实验的杂质较多，本实施例结合实施例1和2的回路系统设计，提出对其内部循环的工质中的杂质进行检测和判断的方法。此处的杂质指的是实验中最难处理的气泡与氧化物杂质。由于本发明回路系统中的工质开始是从工质存储罐4的底部抽取，此时进入回路部分的液态金属未有氧化物(氧化物会浮于上部)，因而此时只需处理气泡。气泡处理后，在后续实验进行中，主要关注液态金属的氧化问题。

上述回路系统内气泡检测方法如下：

实验前及实验进行阶段，对工质循环管路进行电阻检测，所述电阻检测位置为水平设置的工质循环管路沿重力方向上的管壁间的电阻(即水平设置的工质循环管路同一纵向截面的最高点和最低点之间的电阻)，通过对于管壁所有位置的电阻值进行测量，进行统计学观察，找出测量值落在置信区间95％以外区域的点，这些点对应的位置有气泡；

实验进行阶段，在对工质循环管路进行电阻检测的同时，检测工质循环管路中的液态金属是否发生氧化。

具体操作时，先判断回路中是否存在气泡，注意应当保证体积上的守恒，即：工质缓冲罐3中减少的体积＝膨胀箱8中增加的体积加膨胀箱8液面以下所有管体积。再通过详细检查气泡的有无及所在位置。通过万用表调至测电阻，将万用表两接头分别置于的管壁两端重力方向，通过对于管壁所有位置的电阻值进行测量，进行统计学观察，找出测量值落在置信区间95％以外区域的点，这些点对应的位置有气泡。

实施例4

检测工质循环管路中的液态金属是否发生氧化的具体方法如下：

当实验进行时，若间断性的出现流量计7的读数小于变频电磁泵5的出厂测试流量值，说明在管道内有部分液态金属氧化物；

若流量计7的读数持续小于变频电磁泵5的出厂测试流量值，且实验段输入端和输出端的压差变小，说明在管道内各个截面都漂浮有液态金属氧化物；

若仅间断性的出现流量计7的读数小于变频电磁泵5的出厂测试流量值，且实验段输入端和输出端的压差变小，说明在管道内存在液态金属氧化物的块。

由于液态金属氧化后，液态金属氧化物会与管道外壁的阻力增加，因此，在变频电磁泵5做相同功的情况下，其流量会随着氧化物的增加而减少。

借助于液态金属氧化物会增加工质电导率减少，及根据欧姆定律当液态金属相同流速经过时，随着液态金属氧化物的增加，其电导率下降，流量计7测得到的电流偏小，从而流量计7的流量度数也会下降，因而氧化物会降低流量计7测量值。因此本实施例判断回路中存在液态金属氧化物是通过运行变频电磁泵5，通过流量计7的读数与变频电磁泵5的出厂测试流量值进行对比。

实施例5

上述回路系统内液态金属中气泡的消除方法如下：

确定气泡所在位置；找到工质循环管路中测量值落在置信区间95％以外区域点的位置，然后判断所在位置在膨胀箱8的上游还是下游；

所述膨胀箱8正下方的管道壁加热；由于膨胀箱与管道的接触面不是很大，即使管道内气泡流经膨胀箱，也可能不会向上浮于膨胀箱内。本实施例通过自然对流原理与热胀冷缩原理，对膨胀箱下部管道进行加热，增加了对膨胀箱下部流体的浮力。

如果气泡位于膨胀箱8上游位置，缓慢启动变频电磁泵，并且缓慢恒定速度转动，使工质缓慢流动，带动气泡向下游流动，当气泡经过膨胀箱时，借助于此段管道加热，使得浮力增加温度上升，体积增加，密度减少，因而液体会向上部移动，气泡会上浮至膨胀箱8最高液面；膨胀箱8最高液面远高于实验段管道位置，因而气泡不会进入实验段，不会影响实验。

若气泡位于下游位置，变频电磁泵5反向转动，并且缓慢恒定速度转动，使得工质反向流动，同样在经过膨胀箱8时，借助于此段管道加热，使得浮力增加，气泡会上浮至膨胀箱最高液面。

实施例6

回路系统内液态金属中液态金属氧化物消除方法如下：

在实验前，提前设定工质循环管路内流量的最大不确定度，获得当前工质循环管路内流量的不确定度，判断当前工质循环管路内的流量不确定度是否超过提前设定工质循环管路内流量的最大不确定度，若没有超过则选择继续试验，若超过则进行回路系统内液态金属中液态金属氧化物的消除，所述回路系统内液态金属中液态金属氧化物的消除的具体方法如下：

判断工质循环管路内液态金属氧化物类型；

如判断结果是在管路内含有液态金属氧化物，同时流量检测装置7，第一压力检测装置，第二压力检测装置，第三压力检测装置的检测值没有明显异常例：调节变频电磁泵5的大小，流量计7一直很小并没有明显变化。压力表读数特别大等，且当前的不确定度小于最大的不确定度，则可继续实验；

如判断结果是各个截面都漂浮有液态金属氧化物，且当前的不确定度大于最大的不确定度；则向回路中充入氩气，将回路中所有工质排入工质缓冲罐3中；静置3小时以上；向工质缓冲罐3中充入氩气，将静置后工质缓冲罐3底部的没有被氧化的工质被压入回路内，待膨胀箱8达到一定高度后停止；若判断结果是在管道内含有液态金属氧化物，且当前的不确定度大于最大的不确定度，采用的消除方法与上述各个截面都漂浮有液态金属氧化物消除方法相同；

如判断结果是在管路内存在液态金属氧化物的块，且当前的不确定度大于最大的不确定度；采用的消除方法与上述各个截面都漂浮有液态金属氧化物消除方法相同；

继续参照图1，具体操作时，关闭球阀V8，球阀V12，开打其他球阀，将氩气瓶连在球阀V1，向回路中充入氩气，将回路中所有工质排入工质缓冲罐3中，关闭球阀V1。静置3小时以上工质缓冲罐3液态金属氧化物静置后会浮于表面。将氩气瓶连在球阀V10，向工质缓冲罐3中充入氩气，工质缓冲罐3的工质被压入回路内由于V6接的管道插入工质缓冲罐3深处，压入回路里的工质都是工质缓冲罐3下部的没被氧化工质，待膨胀箱达到一定高度，关闭球阀V6。

作为另一优选实施例，如判断结果是在管路内存在液态金属氧化物的块，且当前的不确定度大于最大的不确定度；缓慢启动变频电磁泵5，使工质缓慢流动，带动块状杂质向膨胀箱8流动，当块状杂质经过膨胀箱8时，液态金属氧化物的块会上浮至膨胀箱8最高液面，排除了液态金属氧化物对实验的影响。

作为另一优选实施例，所述工质循环管路内流量的最大不确定度与当前流量不确定度的判断方法具体如下：

设定工质循环管路内流量最大不确定度；

向工质循环管路内注入液态金属并消除气泡后，选定变频电磁泵5的转速，记录第一次运行时平均流量，运行一段时间后，将变频电磁泵调节到之前选定变频电磁泵转速，恒定转速转动，再次记录相同时间内的平均流量，并将当前的平均流量与第一次运行时的平均流量对比，计算当前的不确定度，当当前不确定度大于最大不确定度时，进行液态金属氧化物的消除。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种回路系统，用于液态金属性能测试实验，包括实验段（1）以及与实验段（1）连接的工质循环管路，其特征在于，所述工质循环管路上依次设有变频电磁泵（5）、换热器（6）、流量计（7）和膨胀箱（8）；所述变频电磁泵（5）通过工质循环管路与实验段（1）的输出端连接，所述膨胀箱（8）底部还通过工质循环管路与实验段（1）的输入端连接，所述膨胀箱（8）下部的管道上设有加热组件，用于对进入膨胀箱（8）的液态金属进行加热使得其中的气泡上升至膨胀箱（8）的顶部；

所述变频电磁泵（5）还与工质缓冲装置（3）管路连接，所述工质缓冲装置（3）管路连接有氩气供应装置（2）和工质存储装置（4）；所述膨胀箱（8）还通过第一管路（30）与真空泵（9）和氩气供应装置（2）管路连接，所述膨胀箱（8）与实验段（1）连接的工质循环管路还通过分支管路（40）与第一管路（30）连接。

2.如权利要求1所述的回路系统，其特征在于，所述换热器（6）与流量计（7）之间的工质循环管路上设有第一压力检测装置，所述膨胀箱（8）与实验段入口端连接的工质循环管路上设有第二压力检测装置，所述变频电磁泵（5）与实验段（1）出口端连接的工质循环管路上设有第三压力检测装置。

3.如权利要求1所述的回路系统，其特征在于，所述膨胀箱（8）的顶部、所述膨胀箱（8）与实验段入口端连接的工质循环管路、变频电磁泵（5）与实验段（1）出口端连接的工质循环管路、第一管路（30）、分支管路（40）、工质缓冲装置（3）与工质循环管路的连接管路、氩气供应装置（2）输出管路以及与真空泵（9）连接管路上均设有阀门。

4.如权利要求1所述的回路系统，其特征在于，还包括移动车体，所述回路系统设于所述移动车体上。

5.如权利要求1所述的回路系统，其特征在于，所述工质循环管路上设有温度检测装置，所述工质缓冲装置（3）和膨胀箱（8）内均设有液位检测装置。

6.权利要求1-5任意一项所述的回路系统内液态金属中杂质检测方法，其特征在于，具体如下：

实验前及实验进行阶段，对工质循环管路进行电阻检测，所述电阻检测位置为水平设置的工质循环管路沿重力方向上的管壁间的电阻，通过对于管壁所有位置的电阻值进行测量，进行统计学观察，找出测量值落在置信区间95%以外区域的点，这些点对应的位置有气泡；

实验进行阶段，在对工质循环管路进行电阻检测的同时，检测工质循环管路中的液态金属是否发生氧化。

7.如权利要求6所述的回路系统内液态金属中杂质检测方法，其特征在于，检测工质循环管路中的液态金属是否发生氧化的具体方法如下：

当实验进行时，若间断性的出现流量计（7）的读数小于变频电磁泵（5）的出厂测试流量值，说明在管道内有部分液态金属氧化物；

若流量计（7）的读数持续小于变频电磁泵（5）的出厂测试流量值，且实验段输入端和输出端的压差变小，说明在管道内各个截面都漂浮有液态金属氧化物；

若仅间断性的出现流量计（7）的读数小于变频电磁泵（5）的出厂测试流量值，且实验段输入端和输出端的压差变小，说明在管道内存在液态金属氧化物的块。

8.如权利要求6所述的回路系统内液态金属中杂质检测方法检测到的杂质的消除方法，其特征在于，回路系统内液态金属中气泡的消除方法如下：

确定气泡所在位置；找到工质循环管路中测量值落在置信区间95%以外区域点的位置，然后判断所在位置在膨胀箱（8）的上游还是下游；

所述膨胀箱（8）正下方的管道壁加热；

如果气泡位于膨胀箱（8）上游位置，缓慢启动变频电磁泵，并且缓慢恒定速度转动，使工质缓慢流动，带动气泡向下游流动，当气泡经过膨胀箱时，借助于此段管道加热，使得浮力增加，气泡会上浮至膨胀箱（8）最高液面；

若气泡位于下游位置，变频电磁泵（5）反向转动，并且缓慢恒定速度转动，使得工质反向流动，同样在经过膨胀箱（8）时，借助于此段管道加热，使得浮力增加，气泡会上浮至膨胀箱最高液面。

9.如权利要求7所述的回路系统内液态金属中杂质检测方法检测到的杂质的消除方法，其特征在于，在实验前，提前设定工质循环管路内流量的最大不确定度，获得当前工质循环管路内流量的不确定度，判断当前工质循环管路内的流量不确定度是否超过提前设定工质循环管路内流量的最大不确定度，若没有超过则选择继续试验，若超过则进行回路系统内液态金属中液态金属氧化物的消除，所述回路系统内液态金属中液态金属氧化物的消除的具体方法如下：

判断工质循环管路内杂质类型；

如判断结果是在管路内含有液态金属氧化物，同时流量计（7），第一压力检测装置，第二压力检测装置，第三压力检测装置的检测值没有明显异常，且当前的不确定度小于最大的不确定度，则可继续实验；

如判断结果是各个截面都漂浮有液态金属氧化物，且当前的不确定度大于最大的不确定度；则向回路中充入氩气，将回路中所有工质排入工质缓冲装置（3）中；静置3小时以上；向工质缓冲装置（3）中充入氩气，将静置后工质缓冲装置（3）底部的没有被氧化的工质被压入回路内，待膨胀箱（8）达到一定高度后停止；

如判断结果是在管道内含有液态金属氧化物，且当前的不确定度大于最大的不确定度，采用的消除方法与上述各个截面都漂浮有液态金属氧化物消除方法相同；

如判断结果是在管路内存在液态金属氧化物的块，且当前的不确定度大于最大的不确定度，采用的消除方法与上述各个截面都漂浮有液态金属氧化物消除方法相同。

10.如权利要求9所述的回路系统内液态金属中杂质检测方法检测到的杂质的消除方法，其特征在于，所述工质循环管路内流量的最大不确定度与当前流量不确定度的判断方法具体如下：

设定工质循环管路内流量最大不确定度；

向工质循环管路内注入液态金属并消除气泡后，选定变频电磁泵（5）的转速，记录第一次运行时平均流量，运行一段时间后，将变频电磁泵调节到之前选定变频电磁泵转速，恒定转速转动，再次记录相同时间内的平均流量，并将当前的平均流量与第一次运行时的平均流量对比，计算当前的不确定度，当当前不确定度大于最大不确定度时，进行液态金属氧化物的消除。