[發明專利]管內流動沸騰蒸干及蒸干后熱工水力特性的實驗裝置及蒸干判別方法

有效

• 申請號: 201710257707.4
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107014860B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 史建新;孫寶芝;李彥軍;楊龍濱;宋福元;張國磊;韓懷志
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種管內流動沸騰蒸干及蒸干后熱工水力特性的實驗裝置及蒸干判別方法。包括豎直管實驗段、電加熱器及其控制系統、加熱電極、數據采集系統，其特征是：所述豎直管實驗段上下兩端分別安裝有電極，電極與電加熱器相連接，豎直管實驗段外壁安裝有熱電阻，豎直管實驗段內部安裝有壓力傳感器和光纖探針，豎直管實驗段間隔上開有測孔、相鄰測孔之間安裝有差壓變送器，熱電阻、壓力傳感器、光纖探針、差壓變送器連接數據采集系統。本發明通過預判蒸干位置，進而進行實驗測得相關數據，實現管內流動沸騰過程中蒸干及蒸干后熱工水力特性實驗研究。

技術領域

本發明涉及的是一種管內流動沸騰蒸干及蒸干后熱工水力特性的實驗裝置，本發明也涉及一種管內流動沸騰蒸干判別方法。

背景技術

與傳統的在大亞灣等多數核電廠使用的自然循環蒸汽發生器相比，直流蒸汽發生器能夠產生過熱蒸汽，在發電效率、緊湊性及高溫供熱效果等方面具有很大的優勢，船用核動力系統直流蒸汽發生器由于空間限制，對其體積和效率提出了更高的要求。但是在水被從過冷狀態加熱到過熱狀態的流動換熱過程中當質量含汽率達到較高值時會將壁面上附著的環狀液膜撕裂，此時將發生流動沸騰傳熱惡化現象-蒸干。蒸干的發生導致壁面直接與蒸汽接觸，而蒸汽的換熱性能遠低于液相的換熱性能，因此傳熱性能會急劇下降，導致傳熱管壁溫呈現非線性急劇上升的趨勢，同時摩擦壓降也會產生與蒸干前區域不一樣的變化。在蒸干后霧狀流區域由于液相以核心連續蒸汽流中夾帶的飽和離散液滴的形式存在，而壁面處換熱方式已經變為壁面與蒸汽的對流換熱，因此蒸汽會吸收壁面傳遞的熱量而達到過熱狀態，同時蒸汽也會將一部分熱量傳遞給飽和液滴，進而將飽和液滴蒸發為蒸汽，這導致蒸干后區域會發生偏離熱力平衡。摩擦壓降進而也會產生非線性變化。如果在直流蒸汽發生器運行過程中不能對蒸干傳熱惡化現象及蒸干后熱工水力特性進行有效控制，將導致傳熱管壁溫發生非線性的劇烈變化，危及蒸汽發生器及整個系統的安全穩定運行。

目前研究人員針對換熱器內過冷狀態到過熱狀態的整個流動換熱過程的實驗研究主要關注的是進出口處工質的性質以及軸向方向上的壁溫分布，對蒸干及蒸干后區域的關鍵參數-質量含汽率和摩擦壓降分布規律的關注很少，質量含汽率的分布規律通常都是基于熱平衡計算得到，壓力主要為進出口的壓力。而這些參數對于準確評估蒸干傳熱惡化現象及蒸干后熱工水力特性又非常重要。因此，研究管內流動沸騰蒸干及蒸干后熱工水力特性的實驗裝置及蒸干判別方法，提出有價值的建議對直流蒸汽發生器等換熱設備的安全、穩定運行具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能實現管內流動沸騰過程中蒸干及蒸干后熱工水力特性實驗研究的管內流動沸騰蒸干及蒸干后熱工水力特性的實驗裝置。本發明的目的還在于提供一種管內流動沸騰蒸干判別方法。

本發明的管內流動沸騰蒸干及蒸干后熱工水力特性的實驗裝置包括豎直管實驗段、電加熱器及其控制系統、加熱電極、數據采集系統，所述豎直管實驗段上下兩端分別安裝有電極，電極與電加熱器相連接，豎直管實驗段外壁安裝有熱電阻，豎直管實驗段內部安裝有壓力傳感器和光纖探針，豎直管實驗段間隔上開有測孔、相鄰測孔之間安裝有差壓變送器，熱電阻、壓力傳感器、光纖探針、差壓變送器連接數據采集系統。

本發明的管內流動沸騰蒸干及蒸干后熱工水力特性的實驗裝置還可以包括：

1、所述熱電阻在豎直管實驗段管截面外壁上均勻布置；軸向上布置10圈熱電阻，且在蒸干位置前后布置的三圈熱電阻之間的間隔小于蒸干后區域布置的熱電阻之間的間隔。

2、所述的光纖探針和壓力傳感器布置在核態沸騰區域的測孔和從蒸干前某一位置開始均勻開設的測孔內。