對高溫氣冷堆堆芯溫度的可靠測量是目前的技術(shù)難題之一。傳統(tǒng)溫度計(jì)依靠實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定的材料特性與溫度的關(guān)系進(jìn)行測溫,然而,長期暴露在高溫、高輻照環(huán)境中,其測溫材料的性質(zhì)會發(fā)生改變且得不到及時(shí)校準(zhǔn),溫度傳感器易發(fā)生漂移甚至失效。氣體聲學(xué)溫度計(jì)通過測量單原子氣體的聲速可以直接獲得熱力學(xué)溫度;由于氣冷堆內(nèi)氦氣介質(zhì)相對穩(wěn)定,利用氦氣聲速獲得溫度具有較高的可靠性。針對實(shí)用氦氣聲學(xué)溫度計(jì)開展了初步研究,基于圓柱聲學(xué)共鳴法設(shè)計(jì)了實(shí)用聲學(xué)溫度計(jì)測試系統(tǒng),采用聲波導(dǎo)管聲學(xué)傳感器測量了488 K至806 K圓柱共鳴腔內(nèi)氦氣的聲學(xué)共振頻率,修正了熱邊界層和粘性邊界層的影響;基于量子力學(xué)從頭算得到的氦氣聲學(xué)維里狀態(tài)方程,獲得了熱力學(xué)溫度。對氦氣共振頻率的測量相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0. 07%,溫度測量的信噪比可滿足需求,聲學(xué)溫度計(jì)與熱電偶測溫結(jié)果差異小于1%。研究結(jié)果為未來持續(xù)開展極端環(huán)境下氣體聲學(xué)溫度計(jì)的應(yīng)用研究提供了支持。

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【部分圖文】：

圖4 熱力學(xué)溫度與熱電偶測溫結(jié)果的相對差異

本文建立了一套實(shí)用氦氣聲學(xué)溫度計(jì)測試系統(tǒng)，采用圓柱聲學(xué)諧振腔，初步開展了488K至806K氦氣聲學(xué)共振頻率的測量研究，通過聲波導(dǎo)管聲學(xué)傳感器，獲得了可接受信噪比的聲學(xué)共振峰，聲學(xué)共振頻率的測量相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.07%以內(nèi);通過氦氣聲速獲得了熱力學(xué)溫度，與S型熱電偶的溫度測量差....

圖3 氦氣聲學(xué)共振頻率測量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

圖2488K和806K(100)模式氦氣聲學(xué)響應(yīng)共振峰4.2氦氣聲速和熱力學(xué)溫度測量結(jié)果

圖2 488 K和806 K(100)模式氦氣聲學(xué)響應(yīng)共振峰

圖3匯總了488K至806K之間4個(gè)溫度下，氦氣聲學(xué)共振頻率7次測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。從圖中可以看出:對氦氣聲學(xué)共振頻率測量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.07%以內(nèi)，即對應(yīng)實(shí)用聲學(xué)溫度計(jì)的測量隨機(jī)偏差。由于聲學(xué)共振頻率對應(yīng)的是圓柱腔內(nèi)氦氣的平均聲速和平均溫度，當(dāng)熱電偶指示達(dá)到該溫度后....

圖1 聲學(xué)共振頻率實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)簡圖

本文建立了一套基于圓柱聲學(xué)共鳴法的實(shí)用氦氣聲學(xué)溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)，見圖1所示。具體包括:由圓柱形聲學(xué)共鳴腔和聲波導(dǎo)管組成的實(shí)驗(yàn)本體、聲學(xué)共振頻率測量系統(tǒng)、溫度控制和測量系統(tǒng)、高溫爐、氦氣氣路、壓力控制和測量以及真空配氣系統(tǒng)、自動控制和數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)。由于高溫氣冷堆堆芯溫度冷卻....

本文編號：4036697