Устройство для измерения теплопроводности трубчатых образцов в канале ядерного реактора Советский патент 1982 года по МПК G01N25/18 

ся микротермопара, а другая микротермопара устанавливается в нагревателе.

Известное устройство не позволяет проводить измерения теплопроводности в различных сечениях образца, так как с помощью термоплр измеряются усредненные значения температуры внутренней и наружной поверхности образца с нагревателем и пйкрьттиём, теплопроводность которых выше, чем теплопроводность образца.

Для получения истинного усредненного по высоте и периметру нагревателя значения теплопроводности необходимо обеспеч йть смачиваемость внутренней поверхности образца, при этом контроль выполнения этого условия затруднен. При наличии нёсмайваёйых участков возникает ййоднороднбстьтеплового потока тго вътсоте и се;чению образца, что приводит к значительным методическим погрешностям.

При образовании трещин, пор в исследуемом материале при облучении часть припоя может заполнять эти Неоднородности, что приводит или к получению завышенных значений теплопроводности, или, к выходу устройства из строя.

Из-за возможной несовместимости материалов нагревателя и образца существуют ограничения на исследуемые материаль.

Целью изобретения является повышение производительности измерений путем измерения теплопроводности трубчатого образца в нескольких, сечениях. -.--.----.-,

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения теплопроводкости трубчатых образцов в канале ядерного рёактбра, содержащее корпус, расположеннь1й по оси корпуса радиационный нагреватель цилйндрической формы из материал а с вьгсдкрй плотностью и боль Шш стечением взаимодействия с |у-излучением реактора, а также термопары на наружной й вйутренней поверхностях образца, снабжено изготовленным из материала с высокой теплопроводностью радиатором, имеющем форму полого цилиндра с продольным пазом по образующей, сзакрьтТБтмйТОрцай1Г1й йголь-чатьгаи опорами, размещенными в торцах радиатора и снабженньши Экранами; нагрев;атёль изготовлен из тугоплавкого материала и имеет диаметр 0,5-:0,9 диаметра образца, т. е. между нагревателем и трубчаым образцом имеется зазор; образец разрезан на кольцевые уча стузи, на В нут|рен«ей оверхности каждого из которых размещеы термопары, и установлен по плотной посадке в средней части радиатора:;.;:

На чертеже дано устройство для измерения теплопроводности трубчатых образов в канале ядерного реактора, общий вид.

В корпус 1 на игольчатой опоре 2 установлен радиатор 3 в виде полого цилиндра из меди с торцами 4 и 5, в которых установлены игольчатые опоры 6 ;и 7с эячранами 8 и 9. Радиатор 3 имеет паз 10 для размеще-;.ния термопар И, а также продольный паз 12 для компенсации термических расширений образца и радиатора. Образец 13 изготовлен из кольцевых участков. Термопары 5 11 и 14 закреплены на поверхности трубчатого образца 13 и выводятся в пазах 10 и 12.. Нагреватель 15 в виде вольфрамового цилиндра установлен по оси устройства. Между нагревателем 15 и трубчатым образ цом 13 имеется зазор 16, заполненный ге. .лием. , ,,,„,.-.,„,,,.

Нагреватель имеет высоту в 1,05-1,10

раза больщую, чем высота трубчатого об1раэц-а, для «О;мпе1н1сации TOip ostix потерь

5 тепла с нагревателя по игольчатым опорам.

Толщину р и высоту h кольцевых участ-- кой выбирают из условия ъ 3, что

обеспечивает измерение теплопроводности

недеформируемой части трубчатого образца

0 при разрезании ,на кольцевые участки, а также уменьшает аксиальный перенос тепла по образцу, так как появляются . дополнительные термосопротивления по высоте трубчатого образца в месте соедииения

-кольцевых участков. Большая высота кольцевого участка, чем толщина, способствует уменьшению доли тепла,, отводимой по термоэлектродам термопар от рабочего спая. Устройство работает следующим образом. В средней части радиатора 3 по плотнойпосадке устанавливают трубчатый образец 13 из нескольких кольцевых участков

с термопарами 11 и 14. По оси устройства размещают нагреватель 15. Устройство уста5 иавливают в канале ядерного реактора., 3 нагревателе 15 выделяется тепло в ре.,зулбтате взаимодействия материала с -излучением реактора. Тепло отводится излучёпием (большая часть) и теплопровод0 костью га.за в зазоре 16 на исследуемый образец 13. В дальнейшем тепло отводится ; через радиатор 3 и зазор между радиатором З и корпусом Г. Диаметр нагревателя 0,5- 0,9 диаметра трубчатого образца, что обес5 пёчивает получение необходимой тепловой мощности нагревателя, ,а также условий

Жляйереноса.тепла излучением.

Тепловая мощность нагревателя 15 Определяется из геометрических размеров, плото Ности нагревателя и по результатам измерений -у-энерговыделения в канале с помощью -термометра (на чертеже не показан) по известной методике. На каждый кольцевой участок образца с нагревателя

5 поступает неизменный по высоте удельный тепловой поток qs.

. q, En,,-T,+o.T,-T,,

0 где пр - приведенный коэффициент степени черноты поверхности трубчатого образца, и нагревателя, неизменный по высоте; а - постоянная Стефана-БольЦма5га; , ,

Ti - температура поверхности нагревателя;

Та - температура поверхности каждого кольцевого участка; а - коэффициент теплопередачи газа в зазоре.

Неизменность величины теплового потока достигается при выполнении условия и при постоянстве по высоте, и периметру температуры поверхности нагревателя. Это обеспечивается величиной зазора между нагревателем и образцом, а также высокой теплопроводностью материала нагревателя и малыми потерями тепла по игольчатым опорам.

Температура наружной поверхности трубчатого образца постоянна, так как образец установлен по плотной посадке в радиатор, изготовленный из материала с высокой теплопроводностью. Продольный паз на радиаторе, компенсируя термические расширения трубчатого образца и радиатора, обеспечивает постоянство коэффициента теплопередачи в контактной области между трубчатым образцом и радиатором.

Для уменьшения аксиальных перетечек тепла по высоте трубчатого образца вследствие возможного различия теплопроводности трубчатого образца в различньтх сечениях, трубчатый образец разрезан на кольцевые участки.

По измерениям разности температур внутренней и наружной поверхности каждого кольцевого участка (АГ) и по определенной мощности нагревателя (Q) рассчитывают коэффициент теплопроводности (Яг) каждого участка трубчатого образца.

Q-ln(R.R,)

где RZ, Ri - радиусы наружной и внутренней поверхностей трубча. того образца, где установлены термопары; L - высота трубчатого образца.

Температура облучения определяется мош.ностьюнагревателя, высотой рлдиатора и величиной зазора между радиатором и корпусом устройства.

Устройство позволяет проводить изме.рення теплопроводности в нескольких, сечениях трубчатого образца, что способствует получению достоверной информации в большем о:бъеме при проведении одного эксперимента, т. е. повышает производительность измерений.

С помошью данного устройства более эффективно используется эксперимен гальный объем канала ядерного реактора, так как измерения могут проводиться в пре. делах всей активной зоны.

Поскольку изменение -энерговыделения вблизи края активной зоны менее значительно, чем изменение нейтронного потока, измерения можно проводить при различной интенсивности нейтронного потока при практически постоянном тепловом потоке с поверхности на Гревателя.

Таким образом, в процессе одного экс., перимента можно исследовать влияние

флюенса и интенсивности нейтронного потока ва теплофизические свойства трубчатого образца. Применение данного устройства позволяет сократить число облучений в 2-3 раза.

Исследования проводятся в ампульном канале, т. е. в устройстве (без принудительной циркуляции. При этом измерения могут проводиться при больших значениях теплового потока в широком температурном диапазоне. Это обеспечив ается кали, чием радиатора из материала с высокой теплопроводностью, имеюш,его высоту, большую чем высота трубчатого образца.

25

Формула изобретения

Устройство для измерения теплопроводности трубчатых образцов в канале ядерного реактора, содержаш,ее корпус, расположеганый ло оси корпуса радиационный нагреватель цилиндрической формы из материала с высокой плотностью и 1большим сечением взаимодействия с злучением реактора, термопары, расположенные на

внутренней и наружной поверхностях труб-, чатого образца, отличаюшееся тем, что, с целью повышения производительности измерений путем измерения теплопроводности трубчатого обр1азца в нескольких

сечениях, устройство снабжено радиатором, изготовленным из материала с высокой теплопроводностью и имеющим фор. му полого цилиндра с продольным пазом по образуюшей и с закрытыми торцами,

причем нагреватель установлен на игольчатых опорах, размещенных в торцах радиатора и снабженных экранами, изготовлен из тугоплавкого материала и имеет диаметр, равный 0,5-0,9 диаметра трубчатого образца, а трубчатый образец разрезан на кольцевые участки, на внутренней поверхности которых размещены термопары, и установлен по плотной посадке в средней части радиатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Осипова В. А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. М., «Энергия. 1969, с. 62.

I 2. Авторское свидетельство СССР № 369496, кл. G 01 N 1/00, 1973 (прототип).