一種陶瓷球床有效熱導率測試平臺制造技術

本發明專利技術公開了一種陶瓷球床有效熱導率測試平臺，其包括球床容器組件、加熱組件、供氣組件、抽氣組件和數據采集分析組件，球床容器組件包括內部安裝有樣品室的球床外容器，樣品室包括球床壁、熱電偶上下定位板，其內設置有熱電偶；加熱組件包括加熱爐、加熱絲和直流穩壓供電電源，用于對球床容器進行加熱；供氣組件包括彼此相連的氣瓶和壓力傳感器，用于為球床容器供氣；抽氣組件包括彼此相連的抽氣泵和背壓閥，用于為球床容器抽氣；數據采集分析組件包括彼此相連的數據采集單元和計算機，用于實現數據的采集與分析。本發明專利技術能夠在不破壞球床堆積特性的基礎上更加真實測量不同條件下陶瓷球床內部溫度分布，具有結構簡單、測試可靠等優點。

Effective thermal conductivity test platform for ceramic ball bed

The invention discloses a ceramic ball bed effective thermal conductivity test platform, which includes the ball bed container assembly, a heating component, gas component, gas components and data acquisition and analysis module, pebble bed assembly including a ball bed container is installed inside the sample room, sample room including the positioning board ball bed wall, thermocouple on the inner part is provided with a thermocouple; the heating component comprises a heating furnace, a heating wire and a DC stabilized power supply, for heating of the pebble bed assembly includes a container; gas cylinders are connected to each other and pressure sensors, used as a pebble bed gas container; pumping assembly includes a pump and back pressure valve are connected to each other, for pumping gas the ball bed container; data acquisition and analysis module includes data acquisition unit and the computer are connected to each other, for the realization of data acquisition and analysis. The invention can measure the temperature distribution inside the ceramic ball bed under different conditions on the basis of not destroying the accumulation characteristics of the ball bed, and has the advantages of simple structure and reliable test.

【技術實現步驟摘要】
一種陶瓷球床有效熱導率測試平臺
本專利技術屬于顆粒材料導熱性能測試
，更具體地，涉及一種陶瓷球床有效熱導率測試平臺。
技術介紹
顆粒材料的導熱行為在熱能動力，化工，建筑，生物工程和航空航天領域中被廣泛的關注，尤其是其在球床中的導熱行為。如核聚變反應中固態增殖劑的導熱與冷卻，化工和生物工程中的顆粒球床反應等都需要顆粒材料的導熱性能，需要測試材料的有效熱導率。特別地,在核能領域中，顆粒組成的球床具有傳熱或者在線產氚等功能，球床顆粒在不同氣氛，溫度，氣體壓力，氣體流量下的有效熱導率是非常重要的參數，需要測量。球床有效熱導率的測量方法是在固體材料熱導率測試方法的基礎上發展來的。固體材料熱導率的測試方法一般可以分為穩態法和非穩態法兩大類，兩種方法測的數據具有一致性，但個別數值存在差異。穩態法是在滿足穩態條件的情況下，在已知厚度的樣品中建立起溫度梯度并達到穩定后進行測量，通過控制熱流來計算熱導率。穩態法是測量材料導熱系數的經典方法，具有原理清晰，適用的測量溫度寬等優點，但其測量時間長。非穩態法也稱瞬態法或動態法，指的是實驗中對處于熱平衡狀態的試樣施加某種熱干擾，同時測量試樣對熱干擾的響應(溫度隨時間的變化)，然后根據響應曲線確定試樣材料熱導率。非穩態法多用于研究高導熱材料，或在高溫下進行測量，其特點是測量時間段，精確性高，但受測量方法限制，多用于高導熱，高溫區導熱系數測量。現有技術中測量陶瓷顆粒球床有效熱導率也主要采用了兩種方法，主要涉及核能領域。日本原子能研究院的相關測量裝置使用瞬態熱線法，位于IKET及荷蘭的研究者采用穩態圓柱法；國內來自中國科學技術大學的專利201510106712.6結合了穩態法和瞬態法，一套裝置中同時采用兩種方法測量陶瓷球床有效熱導率。已采用的相關裝置中采用了鎧裝或者有保護層的熱電偶，有的還用了破壞球床堆積特性的熱電偶支撐架，上述因素均會導致熱電偶測溫準確度低，而且由于導熱較好的熱電偶支撐架和鎧裝體或者保護套的存在會導致熱電偶測量的并非是測溫點的溫度而是熱電偶支撐架的溫度或者會受熱電偶支撐架溫度的干擾。除此之外，測量裝置的數據采集與處理系統多是單獨的數據顯示和存儲以及輸出，然后再次處理才獲得最終測量結果，并沒有直接實時顯示測量結果或者顯示數據處理過程，更無法估計測量結果的可信度。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種陶瓷球床有效熱導率測試平臺，其能夠在基本不破壞球床堆積特性的基礎上更加真實測量不同氣氛，不同氣體流量，不同系統壓力，不同溫度下陶瓷球床內部溫度分布，同時利用測試程序實現測量結果的動態顯示和輸出并給出結果評估，具有結構簡單、測試便捷可靠等優點。為實現上述目的，本專利技術提出了一種陶瓷球床有效熱導率測試平臺，包括球床容器組件、加熱組件、供氣組件、抽氣組件和數據采集分析組件，其中：所述球床容器組件包括球床外容器，該球床外容器內通過支撐套筒安裝有樣品室，該樣品室包括球床壁、熱電偶上定位板和熱電偶下定位板，三者構成用于放置陶瓷顆粒的球床，該樣品室內設置有用于測量球床徑向和軸向溫度分布的熱電偶；所述加熱組件包括加熱爐、加熱絲和直流穩壓供電電源，所述加熱爐的上下端分別設置有上法蘭和下法蘭，所述樣品室處于該加熱爐的均溫區內，所述加熱絲沿軸向插入樣品室內，其兩端分別通過鎖緊連接帽與電極連接桿相連，該電極連接桿與所述直流穩壓供電電源相連；所述供氣組件包括通過氣體管道相連的氣瓶和壓力傳感器，所述氣體管道上設置有流量計、閥門開關和進氣管道，該進氣管道與堵在所述熱電偶上定位板的陶瓷填充孔上的堵孔塞相連；所述抽氣組件包括通過氣體管道相連的抽氣泵和背壓閥，該氣體管道上設置有閥門開關和出氣管道，該出氣管道與所述下法蘭相連；所述數據采集分析組件包括彼此相連的數據采集單元和計算機，所述數據采集單元與所述熱電偶的正負極相連，并與所述壓力傳感器相連，所述計算機與所述流量計相連。作為進一步優選的，所述上法蘭包括上盲板法蘭和上開孔法蘭，所述下法蘭包括下開孔法蘭和下盲板法蘭，所述上盲板法蘭、上開孔法蘭、下開孔法蘭和下盲板法蘭均為可伐合金，并且上開孔法蘭、下開孔法蘭與所述球床外容器密封連接，此外，上開孔法蘭、下開孔法蘭分別通過無氧銅墊圈以及螺栓和上盲板法蘭、下盲板法蘭連接。作為進一步優選的，所述熱電偶采用對焊的裸熱電偶絲，其測溫點可沿球床軸向移動，其正負極分別通過所述熱電偶下定位板和熱電偶上定位板上按規律分布的小孔穿出并張緊固定。作為進一步優選的，所述熱電偶采用公共負極，其負極連接到熱電偶負極連接環上，并用熱電偶負極壓緊環壓緊，該熱電偶負極壓緊環同熱電偶負極接線柱相連；所述熱電偶正極絕緣密封后穿出所述下盲板法蘭。作為進一步優選的，所述熱電偶上定位板和熱電偶下定位板上的徑向測溫點不完全位于一條直線上，特別是直徑或者半徑所在的直線，而是平行偏離半徑或直徑所在直線一定距離。作為進一步優選的，所述進氣管道、熱電偶負極接線柱和位于上方的電極連接桿均通過密封塞和密封壓緊帽實現絕緣和密封后穿出所述上盲板法蘭；所述出氣管道同所述下盲板法蘭側面氣孔密封連接。作為進一步優選的，位于下方的所述電極連接桿采用聚四氟乙烯絕緣密封套和密封膠同所述下盲板法蘭絕緣密封。作為進一步優選的，所述樣品室由耐高溫、低膨脹、透明、電絕緣、導熱差的材料制成。總體而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點：1.本專利技術通過對球床容器組件、加熱組件、供氣組件、抽氣組件和數據采集分析組件等各個組件的結構及具體設置位置的研究和設計，在基本不破壞球床堆積特性的基礎上更加真實測量不同氣氛、不同氣體流量、不同系統壓力、不同溫度下陶瓷球床內部溫度分布，同時利用測試程序實現測量結果的動態顯示和輸出并給出結果評估，具有結構簡單、測試便捷可靠等優點。2.本專利技術采用直徑很細的對焊的裸線熱電偶絲提高了溫度測量的準確度，降低甚至基本消除了熱電偶對球床堆積特性的影響；降低了熱電偶定位或者支撐結構對溫度測量和球床堆積特性產生的干擾或者影響；改善了數據采集與處理組件，使其可實時圖像化顯示動態數據處理(數據擬合)，實時給出測量結果，實時給出數據處理(數據擬合)評估參數。附圖說明圖1為本專利技術陶瓷球床有效熱導率測試平臺的結構示意圖；圖2(a)和(b)為熱電偶排布位置示意圖；圖3(a)和(b)為球床容器組件的仰視圖和俯視圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。如圖1所示，本專利技術實施例提供的一種陶瓷球床有效熱導率測試平臺，其包括球床容器組件、加熱組件、供氣組件、抽氣組件和數據采集分析組件，其中，球床容器組件用于作為待測試對象陶瓷顆粒的容納器具，加熱組件用于實現待測試對象陶瓷顆粒的加熱，供氣組件用于為球床容器組件供氣，抽氣組件用于為球床容器組件抽出多余的氣體，數據采集分析組件用于通過編寫的數據處理與分析程序實現實時動態數據監測，實時圖像化顯示動態數據擬合，實時給出測量結果，實時給出數據擬合評估參數。通過上述各個本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種陶瓷球床有效熱導率測試平臺，其特征在于，包括球床容器組件、加熱組件、供氣組件、抽氣組件和數據采集分析組件，其中：所述球床容器組件包括球床外容器(27)，其內通過支撐套筒(26)安裝有樣品室，該樣品室包括球床壁(28)、熱電偶上定位板(9)和熱電偶下定位板(14)，三者構成用于放置陶瓷顆粒的球床，該樣品室內設置有用于測量球床徑向和軸向溫度分布的熱電偶(12)；所述加熱組件包括加熱爐(7)、加熱絲(11)和直流穩壓供電電源(10)，所述加熱爐(7)的上下端分別設置有上法蘭和下法蘭，所述樣品室處于該加熱爐(7)的均溫區內，所述加熱絲(11)沿軸向插入樣品室內，其兩端分別通過鎖緊連接帽與電極連接桿相連，該電極連接桿與所述直流穩壓供電電源(10)相連；所述供氣組件包括通過氣體管道相連的氣瓶(30)和壓力傳感器(1)，所述氣體管道上設置有流量計(33)、閥門開關和進氣管道(31)，該進氣管道(31)與堵在所述熱電偶上定位板(9)的陶瓷填充孔上的堵孔塞(29)相連；所述抽氣組件包括通過氣體管道相連的抽氣泵(24)和背壓閥(21)，該氣體管道上設置有閥門開關和出氣管道(25)，該出氣管道(25)與所述下法蘭相連；所述數據采集分析組件包括彼此相連的數據采集單元(18)和計算機(19)，所述數據采集單元(18)與所述熱電偶(12)的正負極相連，并與所述壓力傳感器(1)相連，所述計算機(19)與所述流量計(33)相連。...

【技術特征摘要】
1.一種陶瓷球床有效熱導率測試平臺，其特征在于，包括球床容器組件、加熱組件、供氣組件、抽氣組件和數據采集分析組件，其中：所述球床容器組件包括球床外容器(27)，其內通過支撐套筒(26)安裝有樣品室，該樣品室包括球床壁(28)、熱電偶上定位板(9)和熱電偶下定位板(14)，三者構成用于放置陶瓷顆粒的球床，該樣品室內設置有用于測量球床徑向和軸向溫度分布的熱電偶(12)；所述加熱組件包括加熱爐(7)、加熱絲(11)和直流穩壓供電電源(10)，所述加熱爐(7)的上下端分別設置有上法蘭和下法蘭，所述樣品室處于該加熱爐(7)的均溫區內，所述加熱絲(11)沿軸向插入樣品室內，其兩端分別通過鎖緊連接帽與電極連接桿相連，該電極連接桿與所述直流穩壓供電電源(10)相連；所述供氣組件包括通過氣體管道相連的氣瓶(30)和壓力傳感器(1)，所述氣體管道上設置有流量計(33)、閥門開關和進氣管道(31)，該進氣管道(31)與堵在所述熱電偶上定位板(9)的陶瓷填充孔上的堵孔塞(29)相連；所述抽氣組件包括通過氣體管道相連的抽氣泵(24)和背壓閥(21)，該氣體管道上設置有閥門開關和出氣管道(25)，該出氣管道(25)與所述下法蘭相連；所述數據采集分析組件包括彼此相連的數據采集單元(18)和計算機(19)，所述數據采集單元(18)與所述熱電偶(12)的正負極相連，并與所述壓力傳感器(1)相連，所述計算機(19)與所述流量計(33)相連。2.根據權利要求1所述的陶瓷球床有效熱導率測試平臺，其特征在于，所述上法蘭包括上盲板法蘭(4-1)和上開孔法蘭(4-2)，所述下法蘭包括下開孔法蘭(16-1)和下盲板法蘭(16-2)，所述上盲板法蘭(4-1)、上開孔法蘭(4-2)、下開孔法蘭(16-1)和下盲板法蘭(16-2)均為可伐合金，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱彬，劉勇，張宜生，占勤，劉珊珊，楊洪廣，
申請(專利權)人：華中科技大學，中國原子能科學研究院，
類型：發明
國別省市：湖北,42