[發明專利]一種可實現蒸汽管內與管外冷凝可視化的實驗裝置

有效

• 申請號: 201811216304.6
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109470733B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 范利武;張天宇;牟林巍;李佳琦;馮飆;田帥奇;俞自濤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N25/14
• 分類號: G01N25/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種可實現蒸汽管內與管外冷凝可視化的實驗裝置，主要包括蒸汽供應系統、冷卻水系統、真空系統、可視化實驗體和數據采集系統。供氣干管通過四通閥連接真空腔體或實驗管段，腔體后設排氣干管，連接后冷器與凝結水箱。后冷器由恒溫水浴提供冷源。冷卻水支路在水泵的作用下經流量計進入實驗管段或真空腔體，換熱后由回水干管返回恒溫水浴，另一支路在水泵的作用下進入后冷器管側換熱后返回恒溫水浴。實驗之前由真空系統實現真空腔體或實驗管段內的高真空環境。通過真空腔體前后兩個四通閥的配合使用，本裝置可以對不同蒸汽壓力、不同過冷度、不同表面結構特性下的管內冷凝或管外冷凝現象進行連續測量分析與可視化觀測。

技術領域

本發明涉及一種可實現蒸汽管內與管外冷凝可視化的實驗裝置，屬于冷凝換熱實驗領域。

背景技術

蒸汽冷凝是自然界與工業應用中十分普遍的一種現象。其中，最為常見的是純水蒸氣的冷凝。水蒸氣的冷凝是一種基本的傳熱形式，具有在小溫差下高效放熱的優點。水蒸氣的冷凝也是能量轉化、環境調控、海水淡化以及熱管理系統的重要環節。目前工業過程中一般發生的一般是水蒸氣的管外冷凝與管內冷凝，比如，電廠汽輪機凝汽器內的乏汽冷凝、中央空調蒸發器盤管表面的水蒸氣的凝結、多級閃蒸海水淡化系統中閃蒸蒸汽在冷凝器表面的冷凝都屬于蒸汽的管外冷凝，而空調制冷劑蒸汽在冷凝器內的冷凝則屬于管內冷凝。提高蒸汽管內和管外冷凝過程的傳熱傳質效果，可以在相當程度上節約自然資源、經濟資源和社會資源。因此，對于蒸汽在管內和管外的冷凝過程進行研究具有重要意義。

目前已公開的專利中所提及的實驗裝置，并沒有兼有實現管內和管外冷凝功能的實驗裝置。在已公開的專利中，專利申請號為200820155479.6的專利文件中公開的“單管管內蒸發和冷凝一體化實驗裝置”只能進行管內蒸發和冷凝實驗，無法進行管外冷凝實驗；專利申請號為201220144021.7的專利文件公開的“單管管外蒸發和冷凝傳熱性能測試裝置”又只能進行管外蒸發和冷凝實驗，無法進行管內冷凝實驗；專利申請號為201210540382.8的專利文件中公開的“含有多組分不凝性氣體的蒸汽冷凝換熱實驗裝置”和專利申請號為201310084890.4的專利文件中公開的“可實現自然循環與強迫循環耦合的冷凝換熱實驗裝置”只能針對蒸汽管外冷凝過程進行實驗，且進行的是豎直管外的冷凝。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種利用循環冷卻水實現恒溫冷凝表面，研究純蒸汽在不同結構、尺寸的水平單管或管束的管內、管外冷凝機理并實現可視化觀測的實驗裝置，利用本裝置可以對不同蒸汽壓力、不同過冷度、不同表面結構特性下的冷凝現象進行連續測量分析與可視化觀測，為實現對管內和管外冷凝現象的更深一步理解提供有效手段。

本發明的目的是這樣實現的：

一種可實現蒸汽管內與管外冷凝可視化的實驗裝置，該裝置包括蒸汽供應系統、冷卻水系統、真空系統、可視化實驗體和數據采集系統。

其中蒸汽供應系統包括供氣干管、排氣干管、后冷器及凝結水箱；蒸汽經供氣干管進入可視化實驗體，然后，通過排氣干管排出，經后冷器冷凝后，通過凝結水箱收集。

冷卻水系統包括供水干管及回水干管；冷卻水經供水干管進入可視化實驗體，再經回水干管流出；供水干管與回水干管相連形成循環回路。

可視化實驗體包括真空腔體和設置在真空腔體內，并貫穿真空腔體的實驗管段。真空腔體一側設有第一管線與第二管線；第一管線與第二管線通過四通閥與供氣干管、供水干管相連；腔體另一側設有第三管線與第四管線；第三管線與第四管線通過四通閥與排氣干管、回水干管相連；第一管線作為實驗管段入口，第三管線作為實驗管段出口；第二管線為真空腔體入口，第四管線為真空腔體出口。通過調節四通閥以調節蒸汽供應系統及冷卻水系統的流經線路；當蒸汽流經實驗管段時，冷卻水流經真空腔體；當蒸汽流經真空腔體時，冷卻水流經實驗管段。

真空系統用于實現真空腔體或實驗管段內的高真空環境。