[發(fā)明專利]一種可拆卸的周向多測點式純蒸汽冷凝換熱實驗裝置

在審

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• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號: CN114624284A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹夏昕;劉佳寶;楊培勛;丁銘;邊浩志;姜博洋
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01M13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種可拆卸的周向多測點式純蒸汽冷凝換熱實驗裝置，包括蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)、水冷冷卻系統(tǒng)、冷凝實驗段和數(shù)據(jù)測量采集系統(tǒng)。蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)中產(chǎn)生蒸汽通過管路經(jīng)由汽水分離器輸送給冷凝實驗段，凝結(jié)后的蒸汽經(jīng)過汽水分離器后分別經(jīng)由后置冷凝器和凝液測量裝置后排入儲液罐；冷凝實驗段包括入口直管段、出入口觀察段、出入口測量段和冷凝段，冷凝段由換熱管和外套管組成，并通過兩端帶孔的法蘭板壓緊實現(xiàn)同軸配合。本發(fā)明方便了實驗管件替換和測量元件可修復(fù)的同時實現(xiàn)了在不同熱工參數(shù)下純蒸汽在水平和傾斜管內(nèi)冷凝換熱特性的實驗研究，為更深入了解水平和傾斜條件下管內(nèi)冷凝換熱機理提供了理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種管內(nèi)冷凝換熱實驗裝置，具體來說是一種可拆卸的周向多測點式純蒸汽冷凝換熱實驗裝置，屬于工業(yè)冷凝器的管內(nèi)冷凝換熱特性研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)

管內(nèi)冷凝換熱作為一種高效的換熱手段已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制冷、化工和核能等各個領(lǐng)域，其中在核能領(lǐng)域中，如在ESBWR、IRSR、SMART、KNGR等先進核電站的非能動余熱排出系統(tǒng)中均采用管內(nèi)冷凝換熱的方式帶走堆芯余熱。如何掌握不同工況和不同設(shè)計結(jié)構(gòu)條件下管內(nèi)冷凝換熱器的換熱特性，是國內(nèi)外學(xué)者重點關(guān)注的問題之一。

在冷凝換熱方面，目前大部分工作主要針對豎直管外含不凝性氣體的蒸汽冷凝和豎直管內(nèi)純蒸汽冷凝方面的研究，在水平和傾斜管內(nèi)純蒸汽冷凝方面研究的較少。與豎直管內(nèi)的純蒸汽冷凝過程不同的是，在水平和傾斜管內(nèi)，蒸汽冷凝后的凝液受重力和蒸汽剪切力的作用會呈現(xiàn)出多種不同的流型，這對換熱過程會產(chǎn)生重要影響。因此這就需要建立研究純蒸汽在水平和傾斜管內(nèi)冷凝換熱特性和冷凝流型演變研究相關(guān)的實驗裝置。雖然目前已有部分學(xué)者建立了類似的實驗裝置，但現(xiàn)有的實驗裝置大部分存在壁面溫度測量不準(zhǔn)確、溫度測量設(shè)備(熱電偶)易脫落以及實驗裝置不方便拆裝等缺陷。

中國專利申請公布號CN201210540382.8公開了一種含有多組分不凝性氣體的蒸汽冷凝換熱實驗裝置，但是其只能研究不凝性氣含量對豎直管外蒸汽冷凝換熱的影響。中國專利申請公布號CN201410662431.4和CN201810693505.9分別公開了一種評價混合蒸汽局部冷凝性能的系統(tǒng)與一種評價強化換熱管管內(nèi)冷凝換熱特性的裝置，該裝置只能對進行水平管內(nèi)混合蒸汽的局部冷凝換熱實驗，沒有考慮到傾斜管的條件，而且該裝置只能得到每個截面上下兩點位置處的壁面溫度。中國專利申請公布號CN201710168093.2公開了一種寬過冷度含多元氣體的水平管內(nèi)蒸汽冷凝換熱實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)僅僅布置了上下兩個壁面溫度測點，分層流情況下將會導(dǎo)致平均壁面溫度測量不準(zhǔn)確，同時該系統(tǒng)使用的壁面熱電偶使用的是直接點焊在壁面上，該方式布置的熱電偶不牢固，而且易受到外流場影響測得的壁面溫度波動大，同時該冷凝實驗段不可拆卸、溫度測點脫落不可修復(fù)。中國專利申請公布號CN202010041387.0公開了一種混合工質(zhì)馬蘭戈尼凝結(jié)管內(nèi)對流凝結(jié)實驗系統(tǒng)及實驗方法，該方法用于研究只適用于水和酒精或氨水混合工質(zhì)管內(nèi)馬蘭戈尼凝結(jié)流型可視化實驗。該系統(tǒng)的壁面熱電偶安裝同樣使用直接點焊的方式，只能通過每個管段的中間溫度測點平均值代表該段管壁平均溫度，只能計算每段換熱管的平均換熱系數(shù)，而且該換熱管段兩端法蘭焊接方式，使該冷凝實驗段不可拆卸、溫度測點脫落不可修復(fù)。為了解決純蒸汽在水平和傾斜管內(nèi)冷凝換熱特性實驗研究方面所存在的技術(shù)問題，實現(xiàn)在不同的蒸汽質(zhì)量流速、壓力、管徑和傾斜角度等寬廣的熱工幾何參數(shù)變化條件下，對純蒸汽管內(nèi)冷凝換熱特性更加準(zhǔn)確和全面的研究，本發(fā)明設(shè)計提出了一套綜合實驗系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)一種不僅能夠得到更加準(zhǔn)確和全面的壁面溫度測量數(shù)據(jù)，還能實現(xiàn)對實驗管件和內(nèi)部溫度測量部件更換的純蒸汽管內(nèi)冷凝裝置。該裝置能夠進行在不同熱工、幾何參數(shù)下純蒸汽在水平和傾斜管內(nèi)冷凝換熱特性的實驗研究，并且可以依托可視化觀察法對不同傾斜角度下的流型的進行識別分類，獲得的壁面溫度數(shù)據(jù)可以用以分析不同流型下局部冷凝換熱特性變化規(guī)律。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：