一种放射性源项传热传质可视化实验装置

技术领域

本发明属于可视化实验技术领域，具体涉及一种放射性源项传热传质可视化实验装置。

背景技术

核电站发生的事故场景中经常会出现放射性源项的迁移，通常来说主要是随气体的流动到达不同空间中，但在流动过程中放射性源项被液相以不同的机理被滞留，因此为了确定事故后源项的迁移量，需要对源项在水中的滞留机理展开研究，事故中源项气体与液相之间的滞留机理主要基于源项气体与液相之间的传热传质，主要以液滴，气泡，池三种形式进行。因此，以包括三种形式的气体浸没射流现象为例，对源项滞留形式进行说明。

如SGTR事故后传热管破裂，一回路的高温高压水及其中的放射性源项闪蒸以蒸汽射流的形式进入蒸汽发生器二回路液相；除了SGTR事故以外，在安全壳泄压过滤系统中也存在浸没射流现象，当核电站发生严重事故后，安全壳内的温度，压力过高，为保持安全壳的完整性，需要启动过滤排放系统将安全壳中的放射性气体过滤后排入大气，实现对安全壳的降温减压。湿式水洗过滤作为系统的第一级过滤设备，允许采用浸没射流的过滤方案。该过程与SGTR蒸汽射流相似，安全壳大气中会有一定份额的放射性源项进入液相，并被液相捕捉或与液相反应被滞留在液相中，剩余的部分则有可能随着蒸汽穿透液相进入气相空间；严重事故后的安全壳抑压水池中同样也存在浸没射流现象。在发生失水事故后，大型先进压水堆采用非能动冷却措施降低安全壳温度和压力。而对于小型模块式反应堆，由于安全壳自由容积小，破口泄漏的高温高压冷却剂进入安全壳后发生相变，使安全壳温度和压力快速升高甚至达到设计限值；通过增设抑压水池装置，能够在压差驱动作用下将安全壳内高温蒸汽排入抑压水池，从而限制安全壳压力峰值并导出热量，同时在浸没射流条件下，蒸汽中会有一定份额的放射性源项进入液相，并被液相捕捉或与液相反应被滞留在液相中，降低气相的放射性浓度。

在上述的三种事故场景中，放射性源项主要以气溶胶，气态碘，甲基碘的形式出现，一般气溶胶的粒径大小在10-5～10-6m这一范围，气态碘和气溶胶在温度较高时以气相呈现，因此在事故中气溶胶，气态碘及甲基碘将会与空气，蒸汽混合从而进入到安全壳大气或其他空间大气中，如果其完整性遭到破坏，放射性源项会进一步释放到外界环境中，并对周边人员及环境造成严重的放射性危害。为了评估其可能造成的放射性威胁，并设计相应的事故缓解手段，需要对气溶胶，气态碘及甲基碘的剂量进行量化，从而确定在不同位置处放射性源项的剂量，但事故后环境复杂多变，许多测量手段无法进行，因此需要开发响相应的预测模型对放射性源项的剂量进行预估，目前国内外的源项预测模型较为缺乏，特别是对于气体浸没射流及喷雾液滴对放射性源项的去除滞留机理模型很不完善，因此需要开展专门的精细化试验进行修正和验证。

目前针对放射性源项去除机理实验装置已有较多涉及，例如研究蒸汽发生器内放射性物质滞留特性的实验系统对源项在SGTR事故后的释放影响因素进行了研究，但该装置缺少对气液两相的观察，故无法对影响机理进行探究；还有一种放射性源项在管道中的沉积特性研究实验装置，该实验装置可以研究放射性气溶胶在金属壁面的沉积特性，但无法对气态碘，甲基碘等源项在液相中的滞留特性进行研究，且实验装置整体封闭，无法观察到实时实验进展。

综上所述，针对核电站事故后放射性源项(气溶胶，气态碘，甲基碘等)的去除机理研究，提出一种可视化，实验精度高，涉及液滴，气泡，池三种形式，高温高压下研究放射性源项的精细化实验装置对于源项预测模型改进和核电站内安全设置的优化升级具有重要的工程意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种放射性源项传热传质可视化实验装置，用于探究在复杂多变的热工环境下放射性源项在气液两相中的传热传质机理，解决传统实验装置测量精度低，无法进行可视化研究，难以对气液两相的耦合形式进行追踪的技术问题。

本发明采用以下技术方案：

一种放射性源项传热传质可视化实验装置，包括：

实验主体系统，用于提供不同温度，压力，蒸汽份额，空气份额的密闭环境；

气态碘发生配送系统，用于将固态的碘颗粒或液态的甲基碘转化为气态后，经气体混合系统送入实验主体系统；

气溶胶配送发生系统，用于将粉末状气溶胶经气体混合系统送入实验主体系统；

蒸汽配送系统，用于通过气体混合系统向实验主体系统提供蒸汽；

空气配送系统，用于通过气体混合系统向实验主体系统提供空气；

补水系统，用于向实验主体系统提供用水及实验过程中补水；

气态碘取样系统，用于测量实验过程中气相空间中的气态碘浓度；

气溶胶取样系统，用于测量实验过程中气相空间中的气溶胶浓度；

液相取样系统，用于对实验过程中的高温高压液相进行取样；

气体混合系统，用于将蒸汽，空气及不同的源项组分混合后射流至实验主体系统中；

喷雾液滴系统，用于产生喷雾液滴并喷射至实验主体系统中；

高速摄影系统，用于拍摄实验过程中实验主体系统内的气液两相流信息。

优选地，实验主体系统包括主体，主体设置在底板上，底板设置在架子上，主体的底部设置有一体式可更换的第一喷嘴，第一喷嘴对称设置在主体的底面中心处，并连接有排水阀，主体的一侧设置有高硼硅玻璃，高硼硅玻璃通过金属压条与主体连接，主体另一侧壁面的轴线上依高度设置第一热电偶，在壁面的轴线上设置有一个开口，开口处设置有法兰，在法兰盲板上设置有用于模拟横向射流的第一喷嘴，主体的底部一侧设置有电加热棒，主体的分别设置有第一压力变送器、第一安全阀和排气阀。

优选地，气态碘发生配送系统包括恒温水箱，恒温水箱内设置有碘发生器，碘发生器通过管道依次经第一出口针阀、第一入口针阀和第一气体质量流量计与第一减压阀连接。

优选地，气溶胶发生配送系统包括气溶胶发生器，气溶胶发生器的入口端通过管道依次连接第二入口针阀、第二气体质量流量计和第二减压阀，出口端设置有第二出口针阀。

优选地，蒸汽配送系统包括蒸汽发生器，蒸汽发生器上设置有第二安全阀；蒸汽发生器通过管道依次连接出口闸阀、第二压力变送器、第三气体质量流量计和管道排水阀；

空气配送系统包括储气罐，储气罐上设置有第三安全阀和第一压力表；储气罐的一端连接螺杆式空气压缩机，另一端通过气源处理三联件连接多条支路，每条支路上依次设置有第一入口阀、第三压力变送器、第四气体质量流量计和第一出口阀。

优选地，补水系统包括水箱，水箱分别设置有上水阀、疏水阀和搅拌旋叶，疏水阀通过管道依次连接多级离心泵、第二入口阀、止回阀和第二出口阀；搅拌旋叶连接电机。

优选地，气态碘测量系统包括比例卸荷阀，比例卸荷阀通过管道依次连接调节针阀、洗气杆、除湿器和第五气体质量流量计，洗气杆包括多个，多个洗气杆串联连接，每个洗气杆连接对应的洗气瓶；

气溶胶取样测量系统包括高压气腔，高压气腔通过管道依次连接第六气体质量流量计、均气装置、冷却装置及扫描电迁移粒径谱仪。

优选地，液相取样系统包括环路球阀，环路球阀的两端分别通过管道与主体连接形成环路，环路上并联设置有冷凝装置，冷凝装置的两端分别经对应的第三入口针阀与环路球阀连接，冷凝装置的两端还分别经加热套管连接对应的第三出口针阀。

优选地，气体混合系统包括箱体，箱体的内部设置有均气板，箱体分别连接有压力变送器和第二热电偶，箱体的外侧设置有加热装置，箱体的底部一侧设置有疏水针阀。

优选地，喷雾液滴系统包括去离子水水箱，去离子水水箱通过管道依次连接第二喷嘴、第七气体质量流量计和第三减压阀。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

一种放射性源项传热传质可视化实验装置，能够制造在不同蒸汽份额、不同源项组分、不同温度、不同压力条件下均匀分布的混合气体，且能够对气体进入实验装置后形成的液滴，气泡进行拍摄，得到其气液两相数据，并且可以对实验过程中的温度、压力、液相中各碘物种浓度、气溶胶浓度等进行精准测量记录，可实现对不同条件下源项传热传质机理的研究。本实验装置可对单一的液滴，气泡及单组分及多群液滴，气泡，多组分在气液中的传热传质机理进行研究，实验装置的设计考虑到了源项在实验装置金属及其他材质壁面上的滞留，减少了测量误差，具有测量精度高，稳定性强，可靠性高，适用性强，便于操作等诸多优点。

进一步的，实验主体装置用于模拟对气态碘在液相中的传质与碘化学过程中涉及的环境，测量传质与化学过程的耦合程度。

进一步的，气态碘发生配送系统用于模拟事故后产生的气态碘，可提供不同浓度的碘蒸气用于实验。

进一步的，气溶胶发生配送系统用于模拟事故后产生的气溶胶，可提供不同浓度，不同粒径，不同分散度的气溶胶用于实验。

进一步的，蒸汽配送系统与空气配送系统作为载气提供不同的温度和蒸汽空气份额将不同浓度的气态碘或气溶胶输运至实验主体装置中。

进一步的，补水系统用于实验初期及实验过程中向实验主体装置中补充实验用水。

进一步的，气态碘测量系统与气溶胶取样测量系统用于实验过程中对进出实验装置的气态碘与气溶胶浓度等参数进行测量，通过相关数据处理确定实验结果。

进一步的，液相取样系统用于实验过程中对实验主题装置中的液相进行取样，并通过离线气态碘与气溶胶测量方法对液相中源项的滞留量进行分析测量，增加实验结果的置信度。

进一步的，气体混合系统用于将不同温度，份额的空气，蒸汽，气态碘，气溶胶等进行混合，防止由于混合不均匀对实验结果产生影响。

进一步的，喷雾液滴系统用于实验过程中产生喷淋液滴，模拟安全壳中的喷淋系统，在实验过程中可与其他去除机制耦合。

综上所述，本发明结构简单，各部件，组件可替换性强，使用稳定可靠，能够实现对不同流速、不同传热传质形式下源项的去除滞留特性的研究，为事故后放射性源项的剂量评估和源项预测模型的修改提供数据支撑。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为实验装置结构图；

图2为实验装置主体系统剖面图；

图3为气态碘发生配送系统示意图；

图4为气溶胶发生配送系统示意图；

图5为蒸汽配送系统示意图；

图6为空气配送系统示意图；

图7为补水系统示意图；

图8为气态碘测量系统示意图；

图9为气溶胶取样测量系统示意图；

图10为液相取样系统示意图；

图11为气体混合系统示意图；

图12为喷雾液滴系统示意图；

图13为高速摄影系统示意图。

其中：1.实验主体系统；101.主体；102.架子；103.底板；104.高硼硅玻璃；105.金属压条；106.电加热棒；107.第一喷嘴；108.第一热电偶；109.第一压力变送器；1010.第一安全阀；1011.排水阀；1012.排气阀；2.气态碘发生配送系统；201.恒温水箱；202.第一减压阀；203.第一气体质量流量计；204.第一入口针阀；205.第一出口针阀；206.碘发生器；3.气溶胶发生配送系统；301.气溶胶发生器；302.第二减压阀；303.第二气体质量流量计；304.第二入口针阀；305.第二出口针阀；4.蒸汽配送系统；401.蒸汽发生器；402.出口闸阀；403.第三气体质量流量计；404.第二压力变送器；405.第二安全阀；406.管道排水阀；5.空气配送系统；501.空气压缩机；502.储气罐；503.第三安全阀；504.第一压力表；505.气源处理三联件；506.第一入口阀；507.第三压力变送器；508.第四气体质量流量计；509.第一出口阀；6.补水系统；601.水箱；602.上水阀；603.疏水阀；604.电机；605.搅拌旋叶；606.多级离心泵；607.第二入口阀；608.第二出口阀；609.止回阀；6010.第二压力表；7.气态碘取样测量系统；701.比例卸荷阀；702.调节针阀；703.洗气杆；704.洗气瓶；705.除湿器；706.第五气体质量流量计；8.气溶胶取样测量系统；801.高压气腔；802.第六气体质量流量计；803.均气装置；804.冷却装置；805.扫描电迁移粒径谱仪；9.液相取样系统；901.冷凝装置；902.环路球阀；903.第三入口针阀；904.第三出口针阀；905.加热套管；10.气体混合系统；1001.箱体；1002.第四压力变送器；1003.第二热电偶；1004.均气板；1005.疏水针阀；1006.加热装置；11.喷雾液滴系统；1101.第二喷嘴；1102.去离子水水箱；1103.第三减压阀；1104.第七气体质量流量计；12.高速摄影系统；1201.摄像机；1202.三脚架；1203.打光板；1204.电脑。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种放射性源项传热传质可视化实验装置，能够实现对不同蒸汽份额、温度、压力下的气溶胶、气态碘、甲基碘环境进行模拟，进而实现对不同流速、不同传热传质形式下源项的去除滞留特性的研究，为事故后放射性源项的剂量评估和源项预测模型的修改提供数据支撑。

请参阅图1，本发明一种放射性源项传热传质可视化实验装置，包括实验主体系统1，气态碘发生配送系统2、气溶胶发生配送系统3、蒸汽配送系统4、空气配送系统5、补水系统6、气态碘取样测量系统7、气溶胶取样测量系统8、液相取样系统9、气体混合系统10、喷雾液滴系统11和高速摄影系统12；

实验主体系统1的一端分三路，一路连接气态碘取样测量系统7，第二路连接气溶胶取样测量系统8，第三路经气体混合系统10分别连接气态碘发生配送系统2、气溶胶发生配送系统3、蒸汽配送系统4和空气配送系统5；实验主体系统1的另一端侧设置有高速摄影系统12，并分别连接补水系统6、液相取样系统9和喷雾液滴系统11。

实验主体系统1用于提供一个不同温度，压力，蒸汽份额，液相份额的密闭环境；

气态碘发生配送系统2用于将固态的碘颗粒或液态的甲基碘转化为气态并使其进入气体主管道；

气溶胶配送发生系统3用于将粉末状气溶胶带入至气体主管道中；

蒸汽配送系统4用于产生蒸汽；

空气配送系统5用于产生空气；

补水系统6用于初期向实验主体系统1提供用水及实验过程中提供补水；

气态碘取样系统7用于测量实验过程中气相空间中的气态碘浓度；

气溶胶取样系统8用于测量实验过程中气相空间中的气溶胶浓度；

液相取样系统9用于对实验过程中的高温高压液相进行取样；

气体混合系统10用于将蒸汽，空气及不同的源项组分混合后注入至射流中进行射流；

喷雾液滴系统11用于产生喷雾液滴并喷射至实验主体系统1中；

高速摄影系统12用于拍摄实验过程中的液滴，气泡，池面波动等气液两相流信息。

请参阅图2，实验主体系统1包括不锈钢方形结构的主体101、铝合金材质的架子102、用于承重的不锈钢材质底板103、高硼硅玻璃104、金属压条105、电加热棒106、一体式可更换的第一喷嘴107、第一热电偶108、第一压力变送器109、第一安全阀1010、排水阀1011和排气阀1012。

高硼硅玻璃104安装在主体101所留置的三个观察窗上，然后使用金属压条105压在高硼硅玻璃104上并使用螺栓将三者紧固连接，高硼硅玻璃104与不锈钢方形主体101和金属压条105加入硅胶垫以防止金属对玻璃的完整性造成破坏，金属压条的主要作用是使高硼硅玻璃104与不锈钢方形主体101之间的连接更加紧密，以满足气密性要求；在主体101的底面靠近主体壁面位置安装四根电加热棒106，配合PID控制器和第一热电偶108实现对实验过程中水或空气温度的控制；在主体101的底面中心处对称的布置五个一体式可更换的第一喷嘴107，第一喷嘴107由一个卡套直通，一段不锈钢管，一个标准喷嘴构成，不锈钢管与喷嘴之间焊接，确保气密性，主体101底面的第一喷嘴107布置处焊接有五根不锈钢管，实验前使用卡套直通将焊接的第一喷嘴107与焊接在底面的不锈钢管连接即可进行实验。主体101的左侧为金属壁面，在壁面的轴线上依高度设置四个第一热电偶108，用以监测实验过程中主体101中液相不同高度处和气相的温度，同时在壁面的轴线上设置有一个开口，此开口用法兰密封，将第一喷嘴107焊接在法兰盲板上与之连接，以模拟横向射流，同时还可以调整喷嘴的角度以达到进行不同角度射流实验的目的；压力变送器109连接数据采集系统用以监测实验主体系统1的压力；第一安全阀1010用以当实验主体系统1超压时泄压，保证实验装置的完整性；排水阀1011用以当实验完成后将实验主体系统1中的液相排出；排气阀1012用于实验过程中气体的排出。

请参阅图3，气态碘发生配送系统2包括恒温水箱201、第一减压阀202、第一气体质量流量计203、第一入口针阀204、第一出口针阀205和碘发生器206。

其中，第一减压阀202将空气压力降低后使其进入碘发生器206中，第一气体质量流量计203连接数据采集系统用以监测进入碘发生器206的空气流量，第一入口针阀204设置在第一气体质量流量计203之后，碘发生器206之前，用以对进入碘发生器206的空气流量进行调节，第一出口针阀205用以控制从碘发生器206出来的气态碘与空气的混合气体流量；碘发生器206放置在恒温水箱201中，通过调节恒温水箱中水的温度控制碘发生器206中固体单质碘或液相甲基碘转化为气相的量，从而控制气态碘进入实验主体系统1中的浓度。

请参阅图4，气溶胶发生配送系统3包括气溶胶发生器301、第二减压阀302、第二气体质量流量计303、第二入口针阀304和第二出口针阀305。

第二减压阀302将空气压力降低后使其进入气溶胶发生器301中。第二气体质量流量计303连接数据采集系统用以监测进入气溶胶发生器301的空气流量，第二入口针阀304设置在第二气体质量流量计303之后，气溶胶发生器301之前，用以对进入气溶胶发生器301的空气流量进行调节，第二出口针阀305用以控制从气溶胶发生器301出来的气溶胶与空气的混合气体流量，从而控制气溶胶进入实验主体系统1中的浓度。

请参阅图5，蒸汽配送系统4包括蒸汽发生器401、出口闸阀402、第三气体质量流量计403、第二压力变送器404、第二安全阀405和管道排水阀406。

蒸汽发生器401用以产生不同压力的饱和蒸汽或近饱和蒸汽，出口闸阀402用以调节进入实验主体系统1中的蒸汽份额，第三气体质量流量计403连接数据采集系统用以监测进入实验主体系统1的蒸汽流量，第二压力变送器404连接数据采集系统用以监测蒸汽配送系统4中的管道压力，第二安全阀405用以当小型蒸汽发生器401超压时泄压。由于蒸汽在管道中会有部分冷凝，为防止其造成水锤现象，因此在蒸汽管道上加装管道排水阀406用以排出蒸汽管道中的水。

请参阅图6，空气配送系统5包括螺杆式空气压缩机501、储气罐502、第三安全阀503、第一压力表504、气源处理三联件505及三组并行空气管道，

每组管道上设置有第一入口阀506、第三压力变送器507、第四气体质量流量计508和第一出口阀509。螺杆式空气压缩机501用以压缩空气，使其具有一定压力。储气罐502用以储存压缩空气，同时也可对进入的空气进行混合均匀。第三安全阀503和第一压力表504安装在储气罐502上，前者用以超压保护，后者用于压力监测。气源处理三联件505设置在储气罐502出口，用以对压缩空气进行预过滤，预减压等。第一入口阀506与第一出口阀509组合用以更精确地控制空气流量。第三压力变送器507连接数据采集系统用以监测空气管道压力；第四气体质量流量计508连接数据采集系统用以监测管道中空气流量。

请参阅图7，补水系统6包括水箱601、上水阀602、疏水阀603、电机604、搅拌旋叶605、多级离心泵606、第二入口阀607、第二出口阀608、止回阀609和第二压力表6010。

水箱601储存实验用水，必要时充当搅拌容器。上水阀602和疏水阀603分别控制水箱的上水和疏水。电机604和搅拌旋叶605配合使用，当难以溶解的药品在水箱601中时需要其进行搅拌加速溶解。多级离心泵606用于向实验主体系统1中充入实验用水。第二入口阀607，第二出口阀608和止回阀609配合使用，一方面防止实验过程中实验主体系统中的液相倒流，另一方面为了方便更换止回阀。第二压力表6010安全在多级离心泵606下游，用以监测管道压力，预防由于堵塞而造成多级离心泵606压力过高从而导致电机烧毁。

请参阅图8，气态碘测量系统7包括比例卸荷阀701、调节针阀702、洗气杆703、洗气瓶704，除湿器705和第五气体质量流量计706。

待测气体从实验主体系统1顶部出来后经过比例卸荷阀701降压，调节针阀702用于调节控制待测气体的流量。洗气杆703和洗气瓶704组成一套洗气装置，将三套洗气装置串联组成一组，洗气瓶704中装有提前配置好的碘离子溶液。待测气体经过洗气装置后其中的气态碘和水蒸气被滞留，剩余的不凝性气体经过除湿器705，其中硅胶将夹杂的小液滴吸收后，不凝性气体流量被第五气体质量流量计706测量，基于测量期间待测气体中的蒸汽份额，气态碘含量及不凝性气体总量，即可推导出待测气体中的气态碘浓度。

请参阅图9，气溶胶取样测量系统8包括高压气腔801、第六气体质量流量计802、均气装置803、冷却装置804及扫描电迁移粒径谱仪805。

含有气溶胶的待测气体从实验主体系统1顶部出来后被高压气腔801中的高压热空气稀释，第六气体质量流量计802设置在高压气腔801之后，控制稀释空气流量。待测气体与高压热空气在均气装置803中混合均匀，降低了蒸汽分压，之后混合气体经过冷却装置804被冷却，以满足扫描电迁移粒径谱仪805的测量温度。

请参阅图10，液相取样系统9包括冷凝装置901、环路球阀902、第三入口针阀903、第三出口针阀904和加热套管905。

在主体101左边金属壁面开两个小孔焊接两根不锈钢管，并将两根不锈钢管连接形成一个环路，在其中间设置一个环路球阀902，保证取样后环路中的液相可以流动更新。取样时第三入口针阀903打开液相样品进入冷凝装置901，样品被冷凝到一定温度后打开第三出口针阀904取出样品，然后重新注入新鲜液相，使用加热套管加热，之后打开第三入口针阀903和环路球阀902使其新鲜液相进入环路循环中。

请参阅图11，气体混合系统10包括箱体1001、压力变送器1002、第二热电偶1003、均气板1004、疏水针阀1005和加热装置1006。

均气板1004上开有若干个小孔，并将其安装在不锈钢箱体1001的不同高度处，气体进入不锈钢箱体1001后经过两道均气板1004充分混合。压力变送器1002和第二热电偶1003分别用于监测气体混合系统10的压力与温度，第二热电偶1003通过PID控制加热装置1006对不锈钢箱体1001进行加热，防止其内的蒸汽冷凝。但由于温度的波动，总有部分蒸汽冷凝，因此使用疏水针阀1005将气体混合系统10中的冷凝水排出。

请参阅图12，喷雾液滴系统11包括第二喷嘴1101、去离子水水箱1102、第三减压阀1103和第七气体质量流量计1104。

从空气配送系统5引一路气经过第三减压阀1103降压后进入第七气体质量流量计1104进行流量监测，之后将其接入第二喷嘴1101的进气口，从去离子水水箱1102引一路管道进入第二喷嘴1101的进水口，高压空气会在第二喷嘴1101造成一个真空空间使得去离子水水箱1102的水被吸入喷嘴中，通过调节空气压力和流量可以调节喷雾液滴的大小和在径向方向上的喷雾面积。

请参阅图13，高速摄影系统12包括高速摄像机1201、三脚架1202、打光板1203和电脑1204。

高速摄像机1201安装在三脚架上并对准实验主体系统1中需要拍摄的玻璃面，在正对高速摄像机1201镜头，实验主体系统1的后面安装打光板1203为高速摄像机提供拍摄光源。电脑1204设置拍摄参数并通过数据线连接高速摄像机1201从而控制拍摄。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

本发明一种放射性源项传热传质可视化实验装置的工作过程如下：

实验前打开排气阀1012，使实验主体系统1内部空间与大气相连，然后打开上水阀602，第二入口阀607和第二出口阀608，此时打开多级离心泵606将水箱601中的实验用水泵入实验主体系统1；当实验水位到达预定位置后，关闭上述打开的所有阀门。

当主体系统注满水后打开电加热棒106对水进行加热，打开恒温水箱201对碘发生器206进行预热，打开蒸汽发生器401产生所需压力的蒸汽，打开螺杆式空气压缩机501产生空气并经气源处理三联件505后进入储气罐502中存储备用；当蒸汽压力达到预定数值，打开出口闸阀402使蒸汽进入实验管道预热，期间多次打开管道排水阀406对管道中的冷凝水进行排出处理，直至管道温度与蒸汽温度相近。

待实验主体系统1中的温度到达指定温度后，将电加热棒106调为变频模式，维持水温不变，同时打开排气阀1012调节实验主体系统1内部压力至工况所需压力；之后打开第一入口阀506和第一出口阀509，打开出口针阀205使空气，蒸汽，气态碘在气体混合系统10中混合，期间多次打开疏水针阀1005进行疏水。此时实验前准备工作就绪，可以随时开始实验。

打开第一喷嘴107使混合气体进入实验主体系统1，同时使用摄像机1201对实验主体系统1中的气液两相流进行拍摄记录；同时打开下游与上游的调节针阀702对进入和逸出实验主体系统1的气态碘浓度进行周期性测量，同时使用液相取样系统9对实验液相进行周期性取样，直至水吸收气态碘达到近饱和状态。

实验停止后，依据流体力学特性先关闭所有气体的下游阀门，然后关闭上游阀门，依次关闭各子系统，打开排气阀1012对实验主体系统1降压，当压力为0后，打开排水阀1011进行排水，实验结束。

当进行气溶胶实验时将上述实施方式中的气态碘发生配送系统2和气态碘测量系统7中的具体操作对气溶胶发生配送系统3和气溶胶取样测量系统8进行同级操作。

当进行喷雾液滴实验时实验主体系统1中预先重入气态碘或气溶胶，但不充入水，之后打开喷雾液滴系统11系统，其余测量操作相同，实验结束后一次关闭各子系统，打开排气阀1012排气，实验结束。

综上所述，本发明一种放射性源项传热传质可视化实验装置具有以下特点：

本发明实现对不同温度、压力、蒸汽份额，空气份额下事故环境的模拟，可以对不同源项组分在事故环境下的去除滞留进行研究，解决了目前缺乏相关实验的不足；

本发明可以研究不同源项组分(如气态单质碘，甲基碘，气溶胶)在气泡，液滴和池的传热传质机理，可以确定若干不同源项组分的传热传质基础数据，为源项预测模型提供数据支撑；

本发明可同时对浸没射流产生的液滴，气泡，池波动和喷雾液滴的两相流行为进行研究，也可研究单一现象对传热传质的研究，为实验影响参数的耦合和解耦提供了解决方案；

本发明使用螺栓连接的金属压条结构，可对实验过程中产生的液滴，气泡等进行可视化研究拍摄，并同时保证了在高温高压下实验装置的气密性；

本发明可对高温高压下的气态碘，气溶胶浓度等进行测量，且考虑了在测量过程中实验装置对于测量结果的影响，提高了源项浓度测量精度；

本发明设计了高温高压下液相取样系统，可在实验过程中对液相样品进行在线取样，并提高了取样安全性；

本发明主体的金属表面涂有一层特氟龙涂层，该涂层耐高温高压，可以避免液相中的物质与金属壁面反应，从而提高实验测量结果的可信度。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。