液態金屬局部流速測量技術對比研究

肖輝，劉志春，王蘇豪，張顯均，蘭治科，卓文彬，王盛

(1．中國核動力研究設計院，四川 成都 610213；2．華中科技大學能源與動力工程學院，湖北 武漢 430074)

0 引言

國家“雙碳”戰略要求電力系統供給側進行產業轉型，以生產穩定清潔的電力。核電生產過程近零排放，可提供穩定的基礎負荷供給，也可參與電力系統調峰，是國家發展清潔能源的較好兜底手段。在采用可再生能源結合儲能的方式[1]提高電力生產過程清潔性的同時，增加核能比例可進一步平衡國家能源結構并增強電力系統能源供給的穩定性。高溫液態金屬工質沸點遠高于運行溫度、自然循環流速高、安全性好，在能源轉換系統，尤其是第四代核反應堆系統中，逐漸受到關注。特別是液態鉛基金屬，不僅可用于第四代核能系統，還可用于加速器驅動系統、核聚變系統[2]，具有較好的應用前景。

液態金屬的流場分布直接影響到流動特性、傳熱特性、氧濃度分布、材料腐蝕及沖刷振動性能。流場測量研究對于反應堆蒸汽發生器、燃料組件、堆池腔室等結構設計較重要，有助于提升系統的安全性能。此外，用于預測流場分布的低普朗特數流體湍流傳熱模型，也需要得到高精度的流動傳熱實驗數據驗證。因此，開展反應堆內部流場分布研究是反應堆設計及運行的重要基礎，而流場分布研究的前提是獲得局部流速。

流量也是能源系統運行的重要參數。常見的流量計中用于液態金屬流量測量的儀器有科里奧利力流量計、文丘里流量計和渦街流量計。這些流量計尺寸較大，對流動干擾較大，不適用浸沒于堆池內測量流量。較好的解決方案是獲取局部流速分布，再以此推演得到流量。

高溫液態金屬具有高溫、不透明、腐蝕性強等特性，其流場測量一直是國際上研究的難點。在過去幾十年里，研究者對液態金屬流速測量技術進行了少量探索及分析[3-5]。前人的研究主要介紹部分測量技術的原理及實驗測試，不同技術對比簡略，對反應堆內的應用介紹較少，缺乏相關研究的詳細綜述。因此，本文分析近年來用于液態金屬流速測量的主要技術，對比不同技術的特點，推薦反應堆內典型位置的測量技術，為液態金屬運行、實驗時選擇合適的流速測量方法提供參考。

1 技術原理與應用

當前主要的液態金屬局部流速測量方法有皮托管法、卡門渦街法、電勢探針法、永磁探針法、熱線儀法、時間過渡法、機械位移法、超聲多普勒法、電磁感應成像法、洛倫茲力法，以及中子照相法。

1.1 皮托管法

皮托管法基于伯努利定律，通過測量動壓孔和靜壓孔壓差以獲得局部速度，結構形式如圖1所示。通過將探頭尺寸小型化，并在孔口處安裝熱電偶，實現同時測量局部速度大小和溫度分布。SCHULENBERG等[6]在THESYS回路上利用皮托管獲得了管內鉛鉍流速分布，該皮托管壓力傳感器分辨率達到12.5 Pa，探頭尺寸5 mm，速度分辨率約5 mm/s。PACIO等[7]采用可移動皮托管測量了鉛鉍流速分布，該皮托管內徑小至2 mm，速度測量范圍為0.1～0.3 m/s。

(a)皮托管實物

(b)皮托管安裝

1.2 卡門渦街法

當流體繞流細長圓柱體時，背風面邊界層分離導致圓柱體后面會出現卡門渦街，渦街衰減頻率與流體速度有關。在實際應用中，流速與衰減頻率近似呈線性關系，且衰減頻率幾乎等于圓柱體振動頻率。卡門渦街探針如圖2所示，主要部件包括圓柱形探頭、支撐桿、動態壓力計和電橋。IGUCHI等[8]通過測量卡門渦街探針振動頻率以計算液體的流速，分別獲得了液態伍德合金和液態鐵的流速。采用探針水力直徑約6 mm，測量最大流速可達到0.8 m/s，最小流速可達到0.05 m/s[9]。

(a)卡門渦街探針實物

(b)卡門渦街探針安裝

1.3 電勢探針法

電勢探針如圖3所示，在給定磁場下，導電流體流速方向與磁場方向垂直時，探針除針尖外的其余部分與流體保持絕緣，測量流體電勢差則可反推流速信息[10]。CHOWDHURY等[11]通過電勢探針測量了磁場下液態金屬GaInSn的瞬態、穩態流速分布，結果與理論分析吻合良好，表明該方法時間響應較快、分辨率較高。然而，NI等[12]數值模擬發現電勢探針法難以測量三維流場，毫伏級電壓信號易受外部電磁、探針接觸電阻等干擾。

(a)電勢探針實物

(b)電勢探針安裝

1.4 永磁/電磁探針

永磁/電磁探針如圖4所示，探頭內安裝有永磁/電磁鐵，流體流過探針時，產生感應電動勢，通過測量電動勢可以計算流速。微型磁鐵與流速方向垂直，磁鐵槽內可安裝熱電偶，并一起集成于不銹鋼套管。RICOUD和VIVES[15]研制了永磁探針，測量了常溫汞和高溫鋁液流場，測量范圍可達0～10 m/s，靈敏度達到1 mm/s。KAPULLA等[13]在2000年研制了外徑為2.5 mm的微型永磁探頭，校準并在溫度梯度較高的液態鈉中開展了實驗。在2021年，德國卡爾斯魯厄理工學院SCHAUB等[16]將熱電偶植入傳感器內，同時測量了流速和溫度。日本原子能機構(JAEA)ARIYOSHI等[14]研制了輸出信號和速度具有較好線性關系的電磁探針，校準并測量了420℃的鉛鉍流速。

(a)永磁探針實物

(b)電磁探針實物

1.5 熱線探針法

流體流過加熱金屬絲帶走的熱量與流速相關，通過測量金屬絲溫度可以獲得流速。對于液態金屬，REED等[17]發現擴散傳熱和對流傳熱比值較大，導致熱線探針法在液態金屬中的靈敏度低于在水和空氣中，分辨率難以達到1 mm/s。此外，熱線信號還受到潤濕、雜質沉積等表面條件改變的影響[18]，液態金屬內雜質和氧化產物沉積在熱線上會導致換熱性能改變。在熱線上鍍石英、金屬釩，可降低雜質沉積的影響，傳熱變化率可低于2.5%[19]。GARDNER和LYKOUDIS[20]采用了多種熱線探頭測量汞流場，發現在300 h后測量結果仍能夠保持。

1.6 時間過渡法

時間過渡法測速如圖5所示，典型代表有溫度脈沖法、尾跡法及溶解法，主要通過在流體內施加熱源或質量源，測量傳遞時間以獲得流速[18]。溫度脈沖法不會引入外部雜質，通過測量溫度脈沖在加熱棒與熱電偶或多個熱電偶之間的傳播時間來計算流速。這種測量方法在水、鈉鉀液態金屬中均可行，但在金屬中測量的分辨率較低，而且加熱棒附近需安裝較多熱電偶，產生較大流體擾動。尾跡法和溶解法需外加質量源，測量濃度分布以獲得流速，但是需要引入雜質，較難應用于反應堆及其實驗。

(a)時間過渡法原理 (b)時間過渡法安裝

1.7 機械位移法

流體沖擊機械探針時，探針產生彈性變形，利用光學系統、應變測量系統可檢測探針位移變化，然后通過軟件分析位移變化可獲得流速，如圖6所示。2000年，ECKERT等[21]研制了機械光學探針，測量了常溫GaInSn、350℃鉛鉍等介質的流速。CRAMER等[22]測量了旋轉GaInSn的流場，結果與數值模擬吻合良好。當機械光學探針材料采用石英玻璃時，可應用到800℃高溫環境。該探針直徑可小至50 μm，長度為10～50 mm，浸沒在流體的支撐玻璃管直徑約為1 mm，對流體擾動較小。

(a)應變檢測位移 (b)光學檢測位移

1.8 超聲多普勒法

超聲多普勒測速(ultrasonic doppler velocimetry，UDV)如圖7所示，是一種非侵入式技術，通過發射超聲波(通常為1～10 MHz)，檢測流體中示蹤粒子反射回波的多普勒頻移，計算得到局部流速。TAKEDA[23]研制了超聲多普勒測速系統，測量水速度時偏差小于5%，采用多個UDV探頭獲得了汞的二維流場分布。在測量高溫液態金屬方面，當溫度高于230℃時，須使用波導管保護產生超聲波信號的壓電材料。ECKERT[24]研制了能夠應用于620℃高溫環境的波導探頭，獲得了300℃鉛鉍及620℃銅錫合金流速分布。UDV能在不透明介質中正常傳播，沿聲波傳輸路徑測量流速分布，具有較高的時間、空間分辨率，不受外界電磁干擾影響。UDV也受測速系統、超聲穿透效率、流固界面、聲壓及示蹤粒子特性的影響。

(a)超聲多普勒法原理

(b)超聲多普勒法設備實物

1.9 電磁感應法

電磁感應成像法分為電渦流探針(eddy current flow meter，ECFM)和非接觸電感流動層析成像(contactless inductive flow tomography，CIFT)，如圖8所示。當金屬流體流過外部激勵線圈產生的正交磁場時，會產生感應電流進而引起磁場變化，通過計算機分析磁場變化和流場的關系，采用適當的正則化技術求解逆問題，可以獲得流場。美國原子能委員會在20世紀70年代基于電渦流原理開發了探頭式流量傳感器，進行非接觸測量。目前ECFM探頭的外徑可達到10 mm量級，測速精度可達到±2%，量程可達0.03～1.4 m/s[25]。CIFT是無需添加示蹤粒子的非介入式方法，原理與ECFM法類似，但傳感器為陣列式，包含多個磁敏元件，可從多角度檢測物場內的電磁場變化，重建容器內部的三維流場。在2004年，STEFANI[26]提出采用CIFT測速。WONDRAK等[27]應用該方法測得了1 cm/s的低速流動，MITRA等[28]則測量了圓筒內Rayleigh-Benard對流的復雜流動結構。該方法很好地實現了液態金屬二維或三維速度場測量，在反應堆三維流動結構測量方面具有較高價值。

(a)電渦流探針

(b)電感流動層析成像

1.10 洛倫茲力法

洛倫茲力測速法(lorentz force velocimetry，LFV)如圖9、圖10所示，是一種基于電磁感應效應的非接觸式流速測量技術[29]。當金屬或導電流體在磁場中移動時會產生渦流，渦流和原磁場之間的相互作用會產生洛倫茲力。根據牛頓第三定律，原磁場源也會受到一個和洛倫茲力大小相同但方向相反的力，該反作用力和流體流速存在關系，通過測量該反作用力可以確定流體的平均速度。在使用局部磁場的情況下，可進行局部速度測量[30]。洛倫茲力取決于電導率、液體和原磁體之間的相對速度，以及磁場的大小。電導率較大時洛倫茲力更便于檢測，因而LFV可用于測量高溫和腐蝕性液態金屬，并已在實驗室應用于GaInSn、鋼鐵及鋁流速測量[31]。

圖9 洛倫茲力測速原理

圖10 洛倫茲力測速示意圖

1.11中子照相法

該測量法的原理和粒子圖像測速(particle image velocimetry，PIV)類似，如圖11所示，通過連續拍照獲得粒子位移變化，進而得到局部速度及流場。中子射線穿過液態金屬的衰減很小，熱中子束被示蹤粒子吸收后在轉換板上成像，采用高速相機拍攝轉換板的影像變化，然后通過特定算法(如PIV算法)可以獲取金屬流場。TAKENAKA[18]采用AuCd3為彌散顆粒，可視化了液態金屬流場，測量速度不確定度為10%。CHA和SAITO[32]獲得了鉛鉍繞流管束的二維流場，采用的AuCd3粒子直徑為1 mm。

圖11 中子射線法示意圖

2 技術對比

液態金屬測速的特殊性具體表現為高溫度、低透光率、強腐蝕性、高熱導率、高電導率、潛在的液固相變、高密度等。高溫狀態對檢測結構的耐溫性提出了苛刻的要求。低透光率使光線難以透過流體，嚴重制約PIV、激光誘導熒光/平面激光誘導熒光、激光多普勒測速儀等依靠光學信息測速方法的應用，光學信息測速方法局限于測量表面流速。強腐蝕性導致光纖/電勢探針等侵入結構無法長期穩定工作，而且腐蝕滋生的雜質會使UDV的示蹤粒子濃度不穩定，也會影響皮托管(取壓孔)的穩定工作能力，導致檢測過程失常。高熱導率使熱線測速類方法可靠性降低。高電導率導致電勢探針的內阻大幅降低，難以滿足安裝絕緣襯的條件，且電渦流效應和電磁場趨膚效應顯著，致使常規電勢探針難以有效檢測信號。金屬高熔點特性極易誘發液固相變現象，壓差法取壓位置凝固造成難以準確檢測流速。高密度特性會導致流體沖擊較大，致使脆弱的光纖/電勢探針難以穩定工作，檢測精度不理想。

根據測量結構是否浸入流體，可將前述方法分為介入式和非介入式。介入式測量方法會對流場產生較大干擾，同時也受被測液體沖刷，可能會發生彎曲甚至損壞，但測量結構簡單、數據后處理簡單。非介入式測量方法對原有流場產生干擾較小，時間、空間分辨率較高，而且可以獲取流場，但測量結構復雜，測量過程會引入雜質或受外力的干擾，且數據后處理難度較大。

2.1 介入式測量方法

2.1.1皮托管法

1)技術優點：結構和原理簡單，經濟性高。

2)技術關鍵點：小型化、微壓差測量、校準。

3)技術難點：①表面張力限制探頭小型化，磁場等外部體積力導致動能不完全轉化為壓差[34]，溫度引起的密度變化導致精度下降，受到沖擊變形影響準確性；②黏滯性、湍流、壁面效應及速度梯度使校準復雜；③需配套高溫密閉條件下高精度的壓差傳感器，引壓過程受凝固限制。

4)技術現狀與趨勢：已用于液態鉛鉍合金，探頭最小尺寸約5 mm[6]，需開發二維、三維小型測量探頭，應提升壓差測量精度。

2.1.2卡門渦街法

1)技術優點：不受流體的物理性質、溫度變化的影響。

2)技術關鍵點：小型化、衰減頻率與流速關系。

3)技術難點：①高溫下探頭的使用壽命受到限制，衰減頻率受裝置振動和流道結構干擾；②受流體的雷諾數、浸入深度與圓柱體直徑比值的限制[3]。

4)技術現狀與趨勢：已用于伍德合金和鐵液，探頭最小尺寸約6 mm[8]，需開發高效頻率檢測儀。

2.1.3電勢探針法

1)技術優點：結構簡單，尺寸小，時間響應快、速度分辨率高。

2)技術關鍵點：流動方向需與磁場垂直，電壓信號精確測量。

3)技術難點：①電極氧化、雜質沉積導致接觸電阻變化，影響結果準確性；②探針電極較細，易受流體沖擊變形；③電極電壓信號為毫伏級，易受外部電噪聲干擾。

4)技術現狀與趨勢：已用于GaInSn、PbLi、NaK等[35]，探頭尺寸約1 mm，需提升毫伏電壓檢測精度。

2.1.4永磁/電磁探針法

1)技術優點：時間、速度分辨率高，尺寸小，壽命長。

2)技術關鍵點：小型化，表面鍍膜潤濕、流速與磁場信號關系。

3)技術難點：①無接觸電阻的潤濕良好的探頭鍍膜材料難找；②溫度達到永磁鐵居里溫度時，磁場消失；③溫度對信號檢測影響大，非線性變化較嚴重；④測量小流速容易受外界磁場影響，需進行屏蔽。

4)技術現狀與趨勢：已用于LBE、GaInSn、Sn和Na等，尺寸小至3 mm[14]，需開發信號隨速度線性關系更好的磁場源。

2.1.5熱線法

1)技術優點：結構和原理簡單、尺寸小。

2)技術關鍵點：熱線溫度檢測、熱線換熱關系。

3)技術難點：①信號受潤濕、氧化及雜質沉積等表面條件影響；②液態金屬熱擴散較大，影響檢測分辨率；③熱線受液態金屬沖擊折斷。

4)技術現狀與趨勢：已用于Hg[20]，需校準熱線換熱關系并采用鍍膜來減小表面影響。

2.1.6機械位移法

1)技術優點：結構和原理簡單，尺寸小，抗電磁干擾。

2)技術關鍵點：彈性模量變化、位移檢測。

3)技術難點：①溫度變化影響材料彈性模量，影響探針精度；②毛細探頭結構安全性低，測量結構尾部尺寸大；③位移與流體密度有關，不同流體需要重新標定；④繞流產生渦街振動，影響位移檢測準確性。

4)技術現狀與趨勢：已用于LBE，尺寸最小約50 μm[22]，需提升材料彈性模量穩定性與位移檢測準確性和濾波能力。

2.1.7時間過渡法

1)技術優點：結構、原理簡單。

2)技術關鍵點：脈沖時間測量。

3)技術難點：①加熱棒附近安裝較多熱電偶，擾動流體大；②液態金屬內溫度脈沖傳播快，需高溫差的脈沖；③流體原本溫度場影響精度。

4)技術現狀與趨勢：已用于NaK合金[18]，需開發高溫差脈沖，降低整體尺寸。

2.1.8電渦流探針法

1)技術優點：結構簡單，非接觸測量，探頭便于更換[36]。

2)技術關鍵點：小型化、電磁感應信號檢測、校準。

3)技術難點：①測量速度為探頭附近流體速度平均值，空間分辨率、精度均受到探頭尺寸和磁場范圍的影響；②探頭流體邊界層、流動分離影響測量結果，低流速產生渦流較弱以致測量低流速精度不高[37]。

4)技術現狀與趨勢：已用于Na，尺寸小至10 mm[38]，需提高空間分辨率，采用相位法提高測量精度[39]。

2.2 非介入式測量

2.2.1超聲多普勒法

1)技術優點：流場干擾小、可同時測量多點流速分布、測量系統成熟。

2)技術關鍵點：示蹤粒子選擇、界面潤濕、高溫探頭。

3)技術難點：①測速系統影響時間分辨率、探頭發射頻率、換能器振鈴效應，且受溫度干擾；②腐蝕氧化使潤濕性下降，影響超聲穿透性[40]；③界面氣體薄層聲阻較大，界面金屬氧化顆粒造成超聲信號散射，影響近壁面測量精度；④機械波聲壓造成流體及示蹤粒子的振動，示蹤粒子濃度不穩定[41]，影響精度。

4)技術現狀與趨勢：已用于LBE、GaInSn、Hg等，承受溫度達600℃[23]，時、空間分辨率分別可達10 ms和0.4 mm，流速范圍覆蓋0.01～1 m/s[33]，需重點研究潤濕性佳的材料。

2.2.2電磁感應成像法

1)技術優點：流場干擾小，無示蹤粒子，響應快、分辨率高。

2)技術關鍵點：陣列磁場施加，檢測及設備小型和簡單化。

3)技術難點：①工質特性對分辨率影響較大，流場反演難度高；②外加磁場強度沿軸向減小，小磁場軸向探測能力低，而強磁場會影響流場；③易受外界電磁干擾。

4)技術現狀與趨勢：已用于GaInSn[42]，最低可測流速0.01 m/s[27]，需要降低系統復雜性和體積，提高流場反演算法精度和濾波能力。

2.2.3洛倫茲力法

1)技術優點：流場干擾小，不添加示蹤粒子。

2)技術關鍵點：局部磁場施加，洛倫茲力檢測。

3)技術難點：①需要檢測微弱的洛倫茲力，特別是液態金屬電導率不夠大時洛倫茲力更小；②多個局部磁場源施加和三維局部流速反演難；③易受外界電磁干擾。

4)技術現狀與趨勢：已用于鋁、鐵液，需研究強磁場、微重力、電磁環境等條件下該技術的實現路徑，及多維洛倫茲力檢測[43]。

2.2.4中子照相法

1)技術優點：流場干擾小，流場反演PIV算法較成熟。

2)技術關鍵點：中子源選擇、用于信號捕捉的成像屏布置。

3)技術難點：①對中子源強及中子束流準直度要求高；②測量對象尺寸小且精度待評估，三維測量困難；③對環境的屏蔽有要求，測量成本高。

4)技術現狀與趨勢：已用于LBE，后續需研究三維流場測量，實現較大尺寸結構內流場測量。

綜合而言，皮托管、磁探針和電渦流探針的可實現性和可靠性較好，綜合技術成熟度較高，已經用于核領域液態金屬流速測量[5-6，14]。電渦流探針能實現非接觸式測量，且不使用永磁體，不受居里溫度限制，可在更寬的溫度范圍內穩定工作。在非介入式測量方面，中子照相技術需引入粒子，當前僅能獲得較小尺寸結構的二維流場，工程測量成熟度低；超聲多普勒法需引入粒子，流場測量時影響因素較多[33]，作為工業環境下關鍵流速長期監測方法的可靠性難保證，但測量系統較為簡單且研究較充分，技術成熟度最高，可在實驗室條件下作為其他流速檢測方法的標定手段[5]。電磁感應成像法不用引入粒子，但會受到電磁干擾，現已成功被用于測量三維流場[27- 28]，技術成熟度居中。洛倫茲力法也不需要引入粒子，但測量多維局部流速方面尚未有公開實驗室測量數據發表。此外，電磁感應成像法已發現影響測量精度的因素較少，具有較高的時間、空間分辨率，在測量復雜結構的流場方面有較好前景。

3 技術推薦

在反應堆堆池內，需要測量流速的主要位置有蒸汽發生器、堆芯及腔室。前文所述液態金屬流速測量技術均未有成熟可靠的用于反應堆工程的商業化測量儀器。近年來研究人員重點關注并使用的流速測量方法有皮托管法[7]、電磁探針法[14]、電渦流探針法[38]、超聲多普勒法[33]和電磁感應成像法[42]。反應堆內液態金屬具有高溫、腐蝕及含放射性物質等特點，流速檢測方法宜選擇流場干擾小、可靠性高、流體接觸少甚至無接觸的，相關實驗應選用流場干擾小、測量精度高的方法。針對堆內不同測量對象，推薦工程或實驗驗證上有前景的測量方式如下。

1)蒸汽發生器。蒸汽發生器傳熱管內流體吸收熱量發生相變，帶走一回路熱量。無論是列管式還是盤管式，傳熱管整體體積龐大，管間間隙狹窄，間隙通常小于管徑，量級約10 mm。因此，應當選用對流場干擾較小的測量方式。非介入式方法中超聲多普勒法的超聲受到管內水-蒸汽強烈干擾。相比而言，電磁感應成像法較優，已成功用于測量液態金屬對流換熱流場[28]。若對蒸汽發生器傳熱管進行縮比模化，也可采用中子照相法測量，如韓國測量了管束間液態金屬流場[32]。在介入式測量方法中，皮托管、電磁探針法、電渦流探針法均能實現尺寸小于10 mm[6，14，38]。電磁探針尺寸小、強度足且可測量二維流速，日本JAEA已經驗證了3 mm電磁探針測量鉛鉍流速可行性[14]，是蒸汽發生器實驗測量流速的較優方式。

2)燃料組件。冷卻劑通過對流換熱帶走燃料棒束的熱量，以確保燃料棒溫度不超限值。通常，單盒組件的尺寸相對較小，量級約100 mm。棒間距較小，而且棒間存在格架或繞絲，流體流動間隙量級約1 mm。介入式方法不適用于測量燃料組件內部流場，但可用于測量組件進出口區域流速分布，如日本Monju快堆采用電渦流探針測量堆芯出口流速長達20年[38]，德國KALLA采用皮托管測量堆芯出口流速分布[7]。組件內部流場在實驗和工程上均難測，目前尚未有公開文獻發表。工程上不允許堆內引入雜質，可采用電磁感應法；實驗上燃料棒內通常存在加熱電流干擾磁場和多重界面干擾超聲，可采用中子照相法測量。

3)池式腔室。反應堆腔室尺寸較大，內部存在換熱器、主泵等重要部件，其自由液面振蕩、流體射流及熱分層變化會引起傳熱變化，導致部件熱疲勞、結構破壞而帶來安全問題。腔內布置測量儀器的空間充足，介入式和非介入式測量方式均可采用。射流、金屬卷吸氣體、液面振蕩均屬于非穩態現象，應采用時間、空間分辨率較高的監測方式，比如電磁感應成像法、永磁/電磁探針法及電渦流探針法。如果要獲得腔室整體流場分布，可開展比例模化以縮小規模，在縮比的基礎上開展試驗，選擇超聲多普勒流場測量方法，如日本采用超聲多普勒法獲得了1/10上腔室縮放模型流場[44]，德國獲得了腔內自然對流流場[45]。

4 結論

開展液態金屬冷卻反應堆內流場測量研究對于蒸汽發生器、燃料組件、反應堆系統等結構的熱工水力設計及基礎研究較重要。對于金屬流速測量技術，結果及結論如下：

1)介入式技術通過測量多個局部點的流速可得到流場信息。其中，皮托管法、永磁/電磁探針法及電渦流探針法研究較充分、成熟度高，特別是電渦流探針可實現無接觸測量，在監測堆內流速方面較有潛力。

2)非介入式技術對流場的干擾較小，可同時測量多點流速。中子照相法、超聲多普勒法、電磁感應成像法及洛倫茲力法均有較好前景。其中，超聲多普勒法技術成熟度較高，可用于實驗標定，中子照相法實施難度最大，二者均需加入示蹤粒子。電磁感應法無需示蹤粒子，時空分辨率高，適應范圍廣。

3)對于蒸汽發生器，推薦電磁感應法、中子照相法、皮托管法、電磁探針法及電渦流探針法；對于堆芯燃料組件，推薦皮托管法、電渦流探針法測量進出口流速，并采用中子照相法測量堆芯流場；對于池式腔室，推薦電磁感應成像法、永磁/電磁探針法、電渦流探針法及超聲多普勒法。