[發(fā)明專利]高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410450635.1
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104217632A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鮑偉;徐建軍;謝添舟;陳炳德;黃彥平
• 申請（專利權(quán)）人: 中國核動力研究設(shè)計院
• 主分類號: G09B23/12
• 分類號: G09B23/12
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 劉哲源

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測量裝置，尤其涉及一種用于汽液兩相相分布的實驗裝置。

背景技術(shù)

汽液兩相流在能源動力、核能、石油、化工、制冷及航空航天等工業(yè)領(lǐng)域廣泛存在。汽液兩相流動最為顯著的特征之一就是時空尺度上局部參數(shù)分布的不均勻性，這一特性表現(xiàn)為汽液兩相物質(zhì)共存和運動所造成的系統(tǒng)內(nèi)部不同區(qū)域各相的份額、流動參數(shù)等均存在差異。早期由于實驗技術(shù)的制約，汽液兩相流動的研究相對比較粗糙，在實驗測量上主要針對總體平均參數(shù)，理論分析也多局限在均相流模型，這相當于忽略了分布的不均勻性。

隨著研究的深入，研究者發(fā)現(xiàn)僅僅對總體平均參數(shù)的了解是不夠的，汽液兩相流動的不均勻性會嚴重影響流動、換熱特性。特別值得指出的是，汽液兩相流動局部參數(shù)及相分布特性的研究對兩相流數(shù)理模型的建立意義尤為重大。建立、驗證及發(fā)展兩流體模型均需要兩相流局部參數(shù)及其分布特性實驗數(shù)據(jù)的支持。總之，兩相流局部參數(shù)及其分布特性的研究對于認清兩相流動基本現(xiàn)象和規(guī)律，建立、驗證及改進相關(guān)理論和模型非常重要。

汽液兩相流與沸騰換熱不僅存在于靜止條件下的工業(yè)設(shè)備中，船舶及航空航天工業(yè)領(lǐng)域也大量出現(xiàn)汽液兩相流與沸騰換熱，這些領(lǐng)域內(nèi)的工況條件大多處于運動條件下。例如，在飛機著陸時，機體處于傾斜狀態(tài)；在海洋環(huán)境中，核動力及常規(guī)動力船舶艦艇將受到風(fēng)浪、洋流和暗涌的作用而產(chǎn)生非常復(fù)雜的運動狀態(tài)。這些情況導(dǎo)致動力裝置的工作狀況處于三維空間六自由度單一或多種模式迭加的非均勻變速運動條件下，產(chǎn)生時空瞬變的外力場，動力設(shè)備中工質(zhì)的兩相流動換熱特性可能會發(fā)生改變并直接影響動力裝置的性能，進而會嚴重影響裝置安全運行及經(jīng)濟性。

但已有對汽液兩相流局部相界面參數(shù)和相分布規(guī)律的結(jié)論都是基于靜止條件下獲得的，其在運動條件下的適用性還尚待驗證，對運動條件下汽液兩相流相分布特性的認識還停留在比較籠統(tǒng)的定性水平，特別是對于傾斜、搖擺及深潛等典型海洋運動條件對汽液兩相流局部相界面參數(shù)及相分布特性的影響機理缺乏研究，尚未形成系統(tǒng)的研究成果。因此，對海洋運動條件下汽液兩相流局部相界面參數(shù)及相分布特性開展研究是很有必要的。

目前，實驗研究工作都是局限在靜止環(huán)境中，針對絕熱條件下空氣-水兩相流動系統(tǒng)開展的，采用探針法（電導(dǎo)探針或光學(xué)探針）對氣液兩相流動局部參數(shù)進行測量，探究空氣-水兩相流動相分布特性。當前，缺乏能夠獲得不同運動環(huán)境及實現(xiàn)加熱條件的汽液兩相流動相分布特性研究的實驗裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的即在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠獲得不同運動環(huán)境及實現(xiàn)加熱條件的高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置。????

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，包括加熱管，加熱管垂直布置，加熱管包括一出口和一進口，加熱管上開設(shè)有探針孔；還包括通過探針孔插入加熱管內(nèi)的光學(xué)探針；加熱管固定在六自由度平臺上。

本發(fā)明在工作時，采用電加熱方式加熱加熱管中的工質(zhì)，產(chǎn)生汽液兩相流，通過位于探針孔中的光學(xué)探針測量局部相界面參數(shù)。

同時，在測量過程中，通過六自由度平臺帶動加熱管運動，從而模擬三維空間六自由度單一或多種模式迭加的非均勻變速運動條件下汽液兩相流局部相界面的狀態(tài)。

通過本發(fā)明能夠測量運動狀態(tài)下的局部相界面參數(shù)。

進一步的，所述加熱管上開設(shè)有兩個測壓孔，其中一個測壓孔位于所述探針孔上方，另一個測壓孔位于探針孔下方；還包括設(shè)置于測壓孔中的測壓組件。

為了獲得用于分析兩相流壓降特性與相分布特性關(guān)系的熱工參數(shù)，為了推導(dǎo)獲得截面平均空泡份額，并據(jù)此驗證光學(xué)探針測量參數(shù)的準確性，設(shè)置用于測量局部壓降的測壓組件。?

進一步的，所述探針孔和所述測壓孔的軸線與所述加熱管的軸線垂直且相交。

探針孔和測壓孔的軸線與加熱管的軸線垂直，使得光學(xué)探針的測點位于加熱管橫截面的直線上，從而得到更加準確的檢測結(jié)果。

進一步的，還包括三個與所述加熱管連接的導(dǎo)電銅排，其中一個導(dǎo)電銅排位于所述探針孔的上方，另外兩個導(dǎo)電銅排位于所述探針孔的下方。

選擇上兩個導(dǎo)電銅排時，光學(xué)探針位于加熱段（過冷沸騰段）內(nèi)，因此可獲得過冷沸騰參數(shù)。選擇下兩個導(dǎo)電銅排時，加熱段為下兩個導(dǎo)電排之間，光學(xué)探針位于加熱段之上，即兩相流體流出加熱段會冷凝，然后才接觸光學(xué)探針，因此可獲得冷凝參數(shù)。

進一步的，還包括第三法蘭和第四法蘭；第三法蘭與所述探針孔連接，所述光學(xué)探針貫穿第三法蘭和第四法蘭的內(nèi)孔并通過所述探針孔插入所述加熱管內(nèi)；第三法蘭和第四法蘭榫槽連接并通過螺栓緊固。