模拟高放废物地质处置室特性的系统
专利汇可以提供模拟高放废物地质处置室特性的系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于核废物处置技术领域，具体是模拟高放废物地质处置室特性的系统。目的是提供能够模拟高放废物深地质处置室热- 水 - 力 -化学耦合特性的系统。所述系统包括供水和供气控制装置(1)、 温度 控制装置(8)、多场耦合实验装置、测量系统、 数据采集 系统(10)和 数据处理 系统(19)；所述系统以多场耦合实验装置为核心，其最外层为带具有密封盖的桶状不锈 钢 腔体(4)，最内层为一圆柱体形、用于模拟高放废物的加热器(3)。本发明的优点是提供了多场耦合条件下 膨润土 热-水-力-化学耦合实验装置，具有强度高、 变形 小、耐 腐蚀 、 密封性 能好、测量 精度 高等技术特点，适于模拟处置库条件下进行膨润土Mock-up长期实验。，下面是模拟高放废物地质处置室特性的系统专利的具体信息内容。
1.一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，包括供水和供气控制装置(1)、温度控制装置(8)、多场耦合实验装置、测量系统、数据采集系统(10)和数据处理系统(19)；
其特征在于：所述模拟高放废物地质处置室特性的系统以多场耦合实验装置为核心，多场耦合实验装置整体为圆柱形多层结构，其最外层为带具有密封盖的桶状不锈钢腔体(4)，最内层为一圆柱体形、用于模拟高放废物的加热器(3)，加热器(3)外围是压实缓冲材料(2)，压实缓冲材料(2)与不锈钢腔体之间的空隙采用填充材料(6)填充；
温度控制装置(8)包括加热器(3)和加热器控制系统，加热器(3)不固定的放置于压实缓冲材料(2)中，上下两端安装有用于监测加热器位移的位移测量装置(7)；
供水和供气控制装置(1)包括：供水供气管路、高压气瓶及控制装置、高压水瓶及控制装置；高压气瓶的出气管连接至高压水瓶，作为高压水瓶的压力来源，供水供气管路连接高压水瓶和多场耦合实验装置，供水供气管路中包含的多根供水供气管从高压水瓶伸出，在所述的不锈钢腔体(4)的圆周方向均匀安装，竖直放置于膨润土块体与不锈钢腔体之间的填充材料(6)中，在填充材料内供水供气管(11)管壁上均匀的开有多个小孔，用于气体或者水的渗出；
测量系统包括：温度测量装置、压力测量装置、位移测量装置(7)、湿度测量装置、气体测量和收集系统(9)；
温度测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料(2)中的温度传感器；
压力测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料(2)中的土应力传感器和设置于填充材料内供水供气管(11)管壁小孔附近的孔隙水压力传感器；
湿度测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料(2)中的湿度传感器；
上述测量装置安装于压实缓冲材料(2)中，对不锈钢腔体(4)中的状况进行整体的监测；
气体测量和收集系统(9)安装于不锈钢盖顶部专设的排气孔处，负责收集和测量多场耦合实验装置中溢出的气体；
数据采集系统(10)安装于温度测量装置、压力测量装置、位移测量装置(7)、湿度测量装置、气体测量和收集系统(9)之后，用于接收测量数据并将测量数据传送至数据处理系统(19)；
数据处理系统(19)包括：数值模型及评估和预测模型；数据处理系统(19)用于记录和处理数据采集系统采集到的数据。
2.如权利要求1所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其特征在于：所述的加热器(3)包括：圆柱形的加热器不锈钢壳体(13)、充满壳体空腔的导热油或石英砂(15)、浸没于导热油或石英砂(15)中的温度传感器(16)和加热棒(14)、不锈钢壳体(13)上部的走线通道(17)和出线口(18)。
3.如权利要求1所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其特征在于：所述的压实缓冲材料(2)是膨润土块体，或者是石英砂、膨润土以及少量添加剂组成的混合材料压制而成的块体。
4.如权利要求1所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其特征在于：所述的填充材料(6)是石英砂、膨润土或者两者的混合材料，其中也可以包含少量添加剂。
5.如权利要求1所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其特征在于：在多场耦合实验装置最外层的桶状不锈钢腔体(4)外侧安装有多个张力计或者应变片，用于监测桶体的形变。
6.如权利要求1所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其特征在于：在压实缓冲材料(2)中还放置有多个金属腐蚀块，用于观察金属材料在实验条件下的腐蚀情况。
7.如权利要求1所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其特征在于：在压实缓冲材料(2)中设置有多个取样点，用于在运行一段时间之后，对压实缓冲材料进行采样，研究其在实验条件下的变化情况。
技术领域
本发明属于核废物处置技术领域，尤其涉及高放废物深地质处置室热-水-力-化学耦合特性的模拟装置。
背景技术
目前，我国已选定内蒙古兴和县高庙子矿床为缓冲/回填材料供应基地，对高庙子膨润土(浅表钙基膨润土和深部钠基膨润土)尚处在基本物理化学性质研究阶段，急待进一步开展缓冲/回填材料膨润土的热-水-力-化学耦合条件下长期性能的实验研究，目前还没有能够进行此种实验的系统。
发明内容
本发明是这样实现的：一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，包括供水和供气控制装置、温度控制装置、多场耦合实验装置、测量系统、数据采集系统和数据处理系统；
其中，所述模拟高放废物地质处置室特性的系统以多场耦合实验装置为核心，多场耦合实验装置整体为圆柱形多层结构，其最外层为具有带密封盖的桶状不锈钢腔体，最内层为一圆柱体形、用于模拟高放废物的加热器，加热器外围是压实缓冲材料，压实缓冲材料与不锈钢腔体之间的空隙采用填充材料填充；
温度控制装置包括加热器和加热器控制系统，加热器不固定的放置于压实缓冲材料中，上下两端安装有用于监测加热器位移的位移测量装置；
供水和供气控制装置包括：供水供气管路、高压气瓶及控制装置、高压水瓶及控制装置；高压气瓶的出气管连接至高压水瓶，作为高压水瓶的压力来源，供水供气管路连接高压水瓶和多场耦合实验装置，供水供气管路中包含的多根供水供气管从高压水瓶伸出，在所述的不锈钢腔体的圆周方向均匀安装，垂直放置于膨润土块体与不锈钢腔体之间的填充材料中，在填充材料内供水供气管管壁上均匀的开有多个小孔，用于气体或者水的渗出；
测量系统包括：温度测量装置、压力测量装置、位移测量装置、湿度测量装置、气体测量和收集系统；
温度测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料中的温度传感器；
压力测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料中的土应力传感器和设置于填充材料内供水供气管管壁小孔附近的孔隙水压力传感器；
湿度测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料中的湿度传感器；
上述测量装置安装于压实缓冲材料中，对不锈钢腔体中的状况进行整体的监测；
气体测量和收集系统安装于不锈钢盖顶部专设的排气孔处，负责收集和测量多场耦合实验装置中溢出的气体；
数据采集系统安装于各个测量装置之后，用于将测量数据传送至数据处理系统；
数据处理系统用于记录和处理数据采集系统采集到的数据，包括：数值模型及评估和预测模型。
如上所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其中，所述的加热器包括：圆柱形的加热器不锈钢壳体、充满壳体空腔的导热油或者石英砂、浸没于导热油或者石英砂中的温度传感器和加热棒、不锈钢壳体上部的走线通道和出线口。
如上所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其中，所述的压实缓冲材料是膨润土块体，或者是石英砂、膨润土以及少量添加剂组成的混合材料压制而成的块体。
如上所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其中，所述的填充材料是石英砂、膨润土或者两者的混合材料，其中也可以包含少量添加剂；
如上所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其中，在多场耦合实验装置最外层的桶状不锈钢腔体外侧安装有多个张力计或者应变片，用于监测桶体的形变。
如上所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其中，在压实缓冲材料中还放置有多个金属腐蚀块，用于观察金属材料在实验条件下的腐蚀情况。
如上所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其中，在压实缓冲材料中设置有多个取样点，用于在运行一段时间之后，对压实缓冲材料进行采样，研究其在实验条件下的变化情况。
本发明的优点是提供了多场耦合条件下膨润土热-水-力-化学耦合实验装置，具有强度高、变形小、耐腐蚀、密封性能好、测量精度高等技术特点，适于模拟处置库条件下进行膨润土Mock-up长期实验。能够通过实时监测缓冲/回填材料的温度、湿度、力学等变化过程，揭示了热-水-力-化学耦合作用条件下缓冲/回填材料行为特征的变化规律。同时，本发明所述系统能够提供基于多场耦合及模拟处置库条件下大量的实验测定数据，进行理论、数值和模拟、反演技术分析建立多场耦合条件下多重屏障体系的数值模型和高庙子钠基膨润土长期特性评估和预测模型，为高放废物深地质处置库的建立奠定基础。
附图说明
图1是模拟高放废物地质处置室特性的系统总体结构示意图；
图2是模拟高放废物地质处置室特性的系统侧视横截面图；
图3是图2中的A-A截面剖视图；
图4是图2中的B-B截面剖视图；
图5是图2中的C-C截面剖视图；
图6是加热器的剖视图。
其中，1.供水和供气控制装置，2.压实缓冲材料，3.加热器，4.不锈钢腔体，5.螺杆紧固件，6.填充材料，7.位移测量装置，8.温度控制装置，9.气体测量和收集系统，10.数据采集系统，11.填充材料内供水供气管，12.安装区，13.加热器不锈钢壳体，14.加热棒，15.导热油或者石英砂，16.温度传感器，17.走线通道，18.出线口，19.数据处理系统。
具体实施方式
如图1至图5所示的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，能够模拟高放废物地质处置室热-水-力-化学耦合特性，包括供水和供气控制装置1、温度控制装置8、多场耦合实验装置、测量系统、数据采集系统10和数据处理系统19；
其中，所述模拟高放废物地质处置室特性的系统以多场耦合实验装置为核心，多场耦合实验装置整体为圆柱形多层结构，其最外层为具有带密封盖的桶状不锈钢腔体4，最内层为一圆柱体形、用于模拟高放废物的加热器3，加热器3外围是压实缓冲材料2，压实缓冲材料2与不锈钢腔体之间的空隙采用填充材料6填充；
所述的压实缓冲材料2可以是膨润土块体，或者是石英砂、膨润土以及少量添加剂组成的混合材料压制而成的块体；
所述的填充材料6可以是石英砂、膨润土或者两者的混合材料，其中也可以包含少量添加剂；
温度控制装置8包括加热器3和加热器控制系统，加热器3不固定的放置于压实缓冲材料2中，上下两端安装有用于监测加热器位移的位移测量装置7；
供水和供气控制装置1包括：供水供气管路、高压气瓶及控制装置、高压水瓶及控制装置；高压气瓶的出气管连接至高压水瓶，作为高压水瓶的压力来源，供水供气管路连接高压水瓶和多场耦合实验装置，供水供气管路中包含的多根供水供气管从高压水瓶伸出，在所述的不锈钢腔体4的圆周方向均匀安装，竖直放置于膨润土块体与不锈钢腔体之间的填充材料6中，在填充材料内供水供气管11管壁上均匀的开有多个小孔，用于气体或者水的渗出；
测量系统包括：温度测量装置、压力测量装置、位移测量装置7、湿度测量装置、气体测量和收集系统9；
温度测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料2中的温度传感器；
压力测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料2中的土应力传感器和设置于填充材料内供水供气管11管壁小孔附近的孔隙水压力传感器；
湿度测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料2中的湿度传感器；
上述测量装置安装于压实缓冲材料2中，对不锈钢腔体4中的状况进行整体的监测；
气体测量和收集系统9安装于不锈钢盖顶部专设的排气孔处，负责收集和测量多场耦合实验装置中溢出的气体；
数据采集系统10安装于温度测量装置、压力测量装置、位移测量装置7、湿度测量装置、气体测量和收集系统9之后，用于接收测量数据并将测量数据传送至数据处理系统19；
数据处理系统19包括：数值模型及评估和预测模型；数据处理系统19用于记录和处理数据采集系统采集到的数据。
在多场耦合实验装置最外层的桶状不锈钢腔体4外侧安装有多个张力计或者应变片，用于监测不锈钢腔体4的形变。
在压实缓冲材料2中还放置有多个金属腐蚀块，用于观察金属材料在实验条件下的腐蚀情况。
在压实缓冲材料2中设置有多个取样点，用于在运行一段时间之后，对压实缓冲材料进行采样，研究其在实验条件下的变化情况。
如图6所示，加热器3包括：圆柱形的加热器不锈钢壳体13、充满壳体空腔的导热油或者石英砂15、浸没于导热油或者石英砂15中的温度传感器16和加热棒14、不锈钢壳体13上部的走线通道17和出线口18。
在具体实验过程中，使用上述系统的步骤是：
1.数值模型模拟计算；
首先使用建模系统Flac(2D/3D)、codebright、anasys或其他公知的平台来建立实验系统的数值模型，以此作为实验系统建立的依据，调试控制实验装置内的温度、湿度和压力等参数，模拟处置库工程屏障系统进行Mock-up长期实验(THM、THC、THG、THB、THMC、THMCB等不同耦合条件下的长时间实验)。
2.使用实验装置进行实验；
以步骤1中得到的数据为依据建立实验环境，包括：
2.1采用和所需模拟的地质环境一致的特定材料制作压实缓冲材料2和填充材料6；
2.2固定多场耦合实验装置最外层的桶状不锈钢腔体4，在其外壁安装多个张力计或者应变片，然后其中放入加热器3、压实缓冲材料2、填充材料6以及填充材料内供水供气管11；
并同时安装测量系统，包括：
多个均匀设置于压实缓冲材料2中的温度传感器；
多个均匀设置于压实缓冲材料2中的土应力传感器和设置于填充材料内供水供气管11管壁小孔附近的孔隙水压力传感器；
多个均匀设置于压实缓冲材料2中的湿度传感器；
在压实缓冲材料2中还放置多个金属腐蚀块，用于观察金属材料在实验条件下的腐蚀情况；
在压实缓冲材料2中设置有多个取样点，用于在运行一段时间之后，对压实缓冲材料进行采样，研究其在实验条件下的变化情况；
2.3安装桶状不锈钢腔体4的密封盖，使多场耦合实验装置形成密封，然后在其外部安装供水和供气控制装置1、温度控制装置8、数据采集系统10和数据处理系统19；
2.4通过供水供气管路向多场耦合实验装置中通入高压气体和水来模拟压力和湿度，由于高压气瓶和高压水瓶的阀门采用单独控制的方式，所以，可以选择性的加入气体或者水；
在加入气体和水的过程中，同时通过测量系统来监测，在达到预定的湿度、压力之后即停止加水和加气的过程；
2.5调整加热器3至设定的温度；
2.6保持上述步骤中得到的实验环境，然后让模拟高放废物地质处置室特性的系统持续运行；
3.采集实验过程中的实际数据，并进行模型的调整，预测；
实时监测实验过程中测量数据的变化，不断修正数值模型，并且利用调整后模型对之后的实验过程进行预测；
4.反复进行步骤3，直到得到比较准确的模型。
此实验过程可以持续数年，以得到精确的地质环境的数学模型。
并且在实验过程中和实验后，按设计好的实验装置拆除和取样方案，分析缓冲/回填材料耦合作用过程中和实验后各种性能的变化规律，构建缓冲/回填材料的长期性能评估和预测模型。
这样，便实现了本发明的目的：建立热-水-力-化学耦合条件下膨润土膨胀及其长期性能研究的有效分析方法体系，揭示多场耦合条件下膨润土行为特征的变化规律，通过理论、数值分析和模拟技术建立多场耦合条件下多重屏障体系的数值模型。
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