Устройство для измерения теплопроводности трубчатых образцов в канале ядерного реактора

ОЬ- >-О uÇI-, ни патент но, „, ехн -:,с,ок,я

6»Of if+) fgjtg .- и Д

ОГ1ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Эвнв Советских йопделпстических

Республик »)776229

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к,авт. свид-ву— (22) Заявлено 26.06.79 (21) 2822958/18-25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.61.82. Бюллетень № 1 (51)М.Кл з G01 N25/1

Хасударственньй комнтет

lI0 делам изобретений н открытий (53) УДК 536.6 (088.8) (45) Дата опубликования описания 07.01.82 (72) Авторы

>изобр етенетя

Н. В. Маркина, В. М. Махин, Б. А. Самигуллин, Ю. Ф. Дядькин и Ю. Н. Исаев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТРУБЧАТЫХ ОБРАЗЦОВ

В КАНАЛЕ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Устройство относится к внутриреактор. ным устройствам для измерения теплопроводности материалов, а именно для,намерения теплопроводности трубчатых образцов. 5

Известно устройство для измерения теплопроводности трубчатых образцов, содержащее,корпус, размещеееный по оси корпуса электрический нагреватель цилиндриче- ской формы с потенциометрическими молибденовыми зондами, закрепленными на поверхности нагревателя, а также токоподводы и молибденовые контакты для крепления образца в вертикальном положении (Ц.

Исследуемый образец в виде нескольких кольцевых участков надевают на нагреватель и устанавливают с зазором внутри корпуса. На образце располагают экранированные термопары.

Устройство заполняют аргоном или вакуумируют.

Устройство не позволяет проводить измерения теплопроводности трубчатого образца в нескольких сечениях по высоте образца; измерения проводятся только в центральном сечении. Основной причиной, затрудняющей измерения теплопроводности в нескольких сечениях по высоте, является существенный аксиальный перенос тепла по высоте нагревателя. Это приводит к неодно- ® родности по высоте теплового потока с нагревателя. Для уменьшения доли аксиального переноса тепла в общем количестве тепла, выделяемом в нагревателе, трубчатый образец и нагреватель имеют значительную высоту (более 0,24 м) и образец изготовлен из кольцевых участков.

Значительный аксиальный перенос тепла обусловлен наличием токоподводов нагревателя, которые должны иметь малое электросопротивление, а следовательно, и малое термосопротивление, приводящее к аксиальным потерям тепла.

Ближайшим к изобретению техническим решением является устройство для измерения теплопроводности керамических диэлектриков при облучении в ядерном реакторе (21.

Устройство содержит корпус, внутри которого размещается с зазором, заполненным инертным газом, образец в виде полого цилиндра, герметизированного в нижней части компаундом АФС-4. Радиационный нагреватель, изготовленный из легкоплавкого припоя с большим сечением взаимодействия с у-излучением реактора с температурой плавления 373 К, заплавляют в образец.

Образец на наружной поверхности имеет покрытие из серебра, в котором размещает776229. ся микротермопара, а другая микротермопара устанавливается в нагревателе.

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

Для получения истинного усредненного по высоте и периметру нагревателя значения теплопроводности необходимо обеспечить смачиваемость внутренней поверхности образца, при этом контроль выпблнения этого условия затруднен. При наличии несма" чиваемых "участков возникает — неоднородность теплового потока по высоте и"сечению образца, что приводит к значительным методическим погрешностям.

При образовании трещин, пор в иссле дуемом 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 материалы.

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

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения теплопроводности трубчатых образцов в канале ядерного реактора, содержащее корпус, расположенный по оси корпуса радиационный нагреватель цилиндрической формы йз материала с высокой плотностью и большим сечением взаимодействия с «у-излучением реактора, а также термопары на наружной и внутренней поверхностях образца, снабжено изготовленным из материала с высокой теплопроводностью радиатором, имеющим форму полого цилиндра с продольным пазом по образующеи, с закрытымй торцамй и игольчатыми опорами, размещенными в торцах радиатора и снабженными экранами", нагреватель изготовлен из тугоплавкого матерйала и имеет диаметр 0,5 — 0,9 диаметра об, -, разца, т. е. между йагревателем и трубчатым образцом имеется зазор; образец разрезан на кольцевые участии, на внутренней поверхности каждого из которых размещены термопары, и установлен по плотной посадке в средней части радиатора.

На чертеже дано устройство для измерения теплопроводности трубчатых образцов 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 7 с экранами 8 и 9. Радиатор 3 имеет паз 10 для размещеI — приведенный коэффициент степени черноты поверхности трубчатого образца и нагревателя, неизменный по высоте; — постоянная Стефана-Больцмана;

60 где Е„р

4 —:.ния термопар 11, а также продольный паз

12 для компенсации термических расширений образца и радиатора. Образец 13 изготовлен из кольцевых участков. Термопары

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 образцом 13 имеется зазор 16, заполненный гелием..

Нагреватель имеет высоту в 1,05 — 1,10 раза большую, чем высота трубчатого образца, для иомптевсации торцовых птотерь тепла с нагревателя по игольчатым опорам.

Толщину р и высоту h кольцевых участков выбирают из условия " 0 ) 3, что обеспечивает измерение теплопроводности недеформируемой части трубчатого образца при разрезании на кольцевые участки, а также уменьшает аксиальный перенос тепла по образцу, так как появляются .дополнительные термосопротивления по высоте трубчатого образца в месте соединения 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 плотной посадке устанавливают трубчатый образец 13 из нескольких кольцевых участков с термопарами 11 и 14. Ло оси устройства размещают нагреватель 15. Устройство уста55 павливают в канале ядерного реактора, 3 нагревателе 15 выделяется тепло в результате взаимодействия материала с у-излучением реактора, Тепло отводится излучением (большая часть) и теплопровод40 остью газа в зазоре 16 на исследуемый образец 13. В дальнейшем тепло отводится через радиатор 3 и зазор между радиатором

3 и корпусом 1. Диаметр нагревателя 0,5—

0,9 диаметра трубчатого образца, что обес45 печивает получение необходимой тепловой мощности нагревателя, а также условий для переноса тепла излучением.

Тепловая мощность нагревателя 15 определяется из геометрических размеров, плотности нагревателя и по результатам измерений 7-энерговыделения в канале с помощью у-термометра (на чертеже не показан) по известной методике. На каждый кольцевой участок образца с нагревателя

55 поступает неизменный по Высоте удельный тепловой поток q,.

776229

10

2О

Q-! и (Ь Р,)

2-.LЛТ, 60

T> — температура поверхности нагревателя;

Т вЂ” температура поверхности каждого кольцевого участка; а — коэффициент теплопередачи газа в зазоре.

Неизменность величины теплового потока достигается при выполнении условия

Т,))Т 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 различных сечениях, трубчатый образец разрезан на кольцевые участки.

По измерениям разности температур внутренней и наружной поверхности каждого кольцевого участка (AT;) и по определенной мощности нагревателя Я) рассчитывают коэффициент теплопроводкости (Х;) каждого участка трубчатого образца. где R>, R> — радиусы наружной и внутренней поверхностей трубча того образца, где установлены термопары;

L — высота трубчатого образца.

Температура облучения определяется мощностью. нагревателя, высотой радиато ра и величиной зазора между радиатором и корпусом устройства.

Устройство позволяет проводить изме.рения теплопроводности в нескольких сечениях трубчатого образца, что способст. вует получению достоверной информации в большем объеме при проведении одного эксперимента, т. е. повышает производительность измерений.

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

Поскольку изменение у-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 натревателя.

Таким образом, в процессе одного экс перимента можно исследовать влияние флюенса и интенсивности нейтронного потока на теплофизические свойства трубчатого образца. Применение данного устрой ства 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 обеспечивается нали чием радиатора из материала с высокой теплопроводностью, имеющего высоту, большую чем высота трубчатого образца.

Формула изобретения

Устройство для измерения теплопроводности трубчатых образцов в канале ядерного реактора, содержащее корпус, расположенный по оси корпуса радиационный нагреватель цилиндрической формы из материала с высокой плотностью и;большим сечением взаимодействия с у-излучением реактора, термопары, расположенные на внутренней и наружной поверхностях трубчатого образца, отл и ч а ю ще ес я тем, что, с целью повышения производительности измерений путем измерения теплопро водности трубчатого образца в нескольких сечениях, устройство снабжено радиатором, изтотовленным из материала с высокой теплопроводностью и имеющим форму полого цилиндра с продольным пазомпо образующей и с закрытыми торцами, причем нагреватель установлен на игольчатых опорах, размещенных в торцах радиатора и снабженных экранами, изготов лен из тугоплавкого материала и имеет диаметр, равный 0,5 — 0,9 диаметра трубчатого образца, а трубчатый образец разрезан на кольцевые участки, на внутрен ней 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.

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

776229

Составитель А. Волков

Редактор И. Марголис Техред И. Заболотнова Корректор И, Осиновская

Заказ 28/38 Изд. № 1О8 Тираж 882 Подписное

НПО «Поиск» Государственйого комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патевть