專利名稱：強內熱源多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種實驗裝置，具體地說是一種多孔介質通道強迫對流換熱實驗 裝置，特別是一種含強內熱源的多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置。屬于熱工水力技術 領域
背景技術：
世界性的能源短缺和日益顯著的溫室效應與環(huán)境惡化，促使人們在致力于發(fā)展大 型先進反應堆的同時，也在努力探索研制中小型反應堆以滿足與日俱增的多樣化能源與動 力需求，球床水冷反應堆就是其中最引人注目的堆型之一。它是將目前世界上使用最多、技 術最成熟的水冷反應堆技術與性能優(yōu)異的新型球形燃料元件有機地結合起來，發(fā)展一種小 型化、模塊化、長壽命反應堆，具有很高的固有安全性和防止核擴散能力，可以實現(xiàn)多種用 途目的，尤其是在長壽命可移動反應堆方面極具發(fā)展?jié)摿?。實驗是科學研究不可缺少的重要手段，所有的理論分析或數(shù)值計算結果都需要得 到實驗的驗證。在球床水冷反應堆中，燃料球致密排列，充滿燃料管，具有很高的體積功率 密度，構成含強內熱源固體相多孔介質通道，冷卻劑以很高的流速流過并與燃料球進行強 烈的熱量交換，這與目前壓水堆具有規(guī)則的外壁加熱通道存在顯著區(qū)別，因此，不能簡單采 取傳統(tǒng)的實驗方法進行實驗研究，急需開發(fā)新的實驗與測量技術，這也是決定球床水冷反 應堆熱工水力特性研究能否取得實質性進展的關鍵。對于含內熱源多孔介質中的傳熱特性研究，目前開發(fā)的實驗裝置主要有兩類一 類是以反應堆堆芯嚴重燒毀后形成的堆積床冷卻為應用背景，采用電磁感應加熱的方式 對含內熱源多孔介質進行池沸騰換熱實驗(如=P Sch^fer, M Groll, R Kulenovic. Basic investigationson debris cooling, Nuclear Engineering and Design,2006, 236 :2104 2116 ；A Zeisberger, F Mayinger. Heat transport and void fraction in granulated debris, NuclearEngineering and Design, 2006, 236 :2117 2123 ；K Atkhen, G Berthoud. SILFIDEexperiment Coolability in a volumetrically heated debris bed, Nuclear Engineeringand Design, 2006，236 :2126 2134)。這類實驗裝置一般只能進行浸沒式池 沸騰換熱實驗，而不能進行強迫流動換熱實驗，尤其不能進行高流速強迫流動換熱實驗。 另一類是以球床反應堆堆芯傳熱特性為應用背景，采用在球床內埋設單個或數(shù)個電加熱 金屬球的方法，在高流速區(qū)進行有相變或無相變強迫對流換熱實驗(如S. Rimkevicius, Ε· Uspuras. Experimental investigation of pebble beds thermal hydraulic characteristics,Nuclear Engineeringand Design,2008,238 :940 944，·， 肖澤軍等.含內熱源多孔介質的局部換熱特性實驗研究，核動力工程，2008，四(1) :57-60, 65)。這類實驗裝置的主要不足在于要求實驗球尺寸比較大，功率密度低，無法應用于具有 毫米尺度的燃料球實驗模擬，也難以對大量的實驗球同時加熱，且存在冷壁效應，因此不能 滿足球床水冷反應堆發(fā)展的需要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種真實地模擬球床水冷反應堆通道的加熱情況的強內 熱源多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的含強內熱源的多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置主要是由儲水箱、冷 卻器、穩(wěn)壓罐、過濾器、預熱器、球床實驗段、汽-水分離器、冷凝-冷卻器、回水槽、冷卻水水 箱、冷卻塔通過管道連接組成，球床實驗段外設置電磁感應器，冷卻器與過濾器之間設置有 循環(huán)水泵，冷卻水水箱與冷凝-冷卻器和冷卻器之間設置有冷卻水水泵，管道的相關位置 處設置閥門或測量儀表，測量儀表與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。本發(fā)明還可以包括1、所述電磁感應器的主體是一個用紫銅方管制成的螺旋線圈，由中頻電源供電， 每匝線圈之間都留有一定的間隙。2、所述球床實驗段由石英玻璃管內密實填充導磁性金屬球構成，球床實驗段中呈 網狀布置有微細鎧裝熱電偶，球床實驗段的進出口布置有溫度傳感器和壓力傳感器。3、所述的汽-水分離器為圓柱形，由下封頭、筒體和上封頭構成汽-水分離器的外 殼，外殼上開有切向進汽口、出汽口和疏水口，內置帶沿擋水環(huán)板和汽-水分離孔板。4、所述的冷凝-冷卻器為弓形折流板換熱器，主要由前水室、管程進口、殼程出 口、筒體、傳熱管、上支撐隔板、后水室、殼程出、下支撐隔板、管程出口組成。本發(fā)明通過采用合適的技術和合理的設計，實現(xiàn)對多孔介質通道全部金屬球同時 加熱，使之成為含強內熱源的多孔介質通道，進而較真實地模擬球床水冷反應堆通道的加 熱情況。本發(fā)明是一種可以進行豎直多孔介質通道強迫對流換熱實驗的裝置，主要包括儲 水箱、冷卻器、穩(wěn)壓罐、過濾器、循環(huán)水泵、流量計、預熱器、電磁感應器、球床實驗段、汽-水 分離器、冷凝-冷卻器、回水槽、冷卻水水泵、冷卻水水箱、冷卻塔，以及相關的閥門、溫度、 壓力測量儀表和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。所述的電磁感應器主體是一個用紫銅方管制成的螺旋線圈，由中頻電源供電，并 通過合理地選擇電源頻率，使得電磁感應器能夠對全部實驗球進行比較均勻的加熱，每匝 線圈之間都留有一定的間隙以便于對球床通道內的沸騰情況進行可視化觀察。電磁感應器 的有效加熱功率可達80kW，體積熱流密度達到50MW/m3，使整個球床通道成為含強內熱源的 多孔介質通道。所述的球床實驗段采用石英玻璃管內密實填充導磁性金屬球構成，金屬球經氧化 處理，使其表面生成一層密實的氧化層，這樣一方面可以阻隔相鄰金屬球間因導電而出現(xiàn) 打火或局部發(fā)熱，同時也使球床的導磁性增加，進而使球床得到比較均勻的加熱。球床實驗 段中呈網狀布置有微細鎧裝熱電偶用于測量球床溫度和實驗介質溫度，在實驗段的進出口 布置有溫度傳感器和壓力傳感器進行溫度測量和壓力測量。所述的汽-水分離器為圓柱形，由下封頭、筒體和上封頭構成汽-水分離器的外 殼，其上開有切向進汽口、出汽口和疏水口，內置帶沿擋水環(huán)板和汽-水分離孔板。使用時， 汽-水混合物沿切向從進汽口進入汽-水分離器，在離心力的作用下進行第一次汽-水分 離，濕蒸汽在向上流動的過程中，穿過孔板進行第二次分離。通過兩次分離，實現(xiàn)對實驗段出口汽-水混合物的高效分離，其中汽相通過分離器上封頭的出口流向冷凝-冷卻器，水相 通過分離器下封頭的疏水口，經經隔離閥和自動疏水閥及疏水管流向回水槽。在汽-水分 離器的出口管道上安裝有安全閥以防止系統(tǒng)超壓。所述的冷凝-冷卻器采用弓形折流板換熱器，主要由前水室、管程進口、殼程出 口、筒體、傳熱管、上支撐隔板、后水室、殼程出口、下支撐隔板、管程出口等部分組成，用于 對實驗段出口介質的冷凝或冷卻。在進行單相對流換熱實驗時，換熱器呈現(xiàn)水-水換熱方 式；在進行沸騰換熱實驗時，換熱器呈現(xiàn)冷凝換熱方式。通常情況下，由于水-水換熱器和 冷凝器殼側換熱工質的形態(tài)和換熱機理不同，因此，兩種換熱器的殼側結構一般也有很大 區(qū)別。在本發(fā)明中，為了兼顧沸騰換熱實驗和單相對流換熱實驗，設計了冷凝-冷卻器，換 熱器結構總體上接近于弓形折流板水-水換熱器，其中上支撐隔板保持單弓形結構，而將 下支撐隔板設計成非對稱雙弓形折流板，從而保證換熱器處于水-水換熱方式時有較高的 效率，當處于冷凝換熱方式也可以進行有效換熱和順暢的凝結水疏水。所述的冷卻器采用普通的弓形折流板換熱器。冷卻器安裝在循環(huán)水泵的入口處， 用于控制實驗段的入口溫度和防止循環(huán)水泵發(fā)生氣蝕，在循環(huán)水泵的出口引一旁通回路至 冷卻器的入口，并通過閥門調節(jié)旁通流量，使冷卻器內的工質在各種實驗工況下都具有較 高的流速，從而保證冷卻器具有較高的換熱效率。所述的預熱器采用電加熱式換熱器，安裝在實驗段入口，通過調壓器調節(jié)換熱器 加熱功率，與冷卻器配合，將實驗段入口溫度調整至預設值。所述的回水槽位置高于儲水箱位置，從汽-水分離器和冷凝-冷卻器流出的疏水 靠重力經疏水管從頂部流回儲水箱，使儲水箱內的水呈現(xiàn)冷熱分層，這樣一方面可以通過 散熱使水降溫，另一方面也在水箱上部形成熱水水封，防止空氣再溶入水中。所述的冷卻器和冷凝-冷卻器所需的冷卻水由冷卻水水泵從冷卻水水箱汲取，分 兩路分別提供給兩個換熱器進行冷卻換熱，換熱后的冷卻水均流入冷卻塔進行冷卻，然后 再流回冷卻水水箱。實驗回路中還設置有穩(wěn)壓罐、過濾器、渦輪流量計和多個閥門，用于減小循環(huán)水泵 出口壓力波動、過濾實驗工質中的固體雜質顆粒、工質的流量測量和設備的隔離與流量調 離
iF. ο實驗中，工質流量由位于流量計出口的閥門調節(jié)。當流量很小時，分別在汽-水分 離器和冷凝-冷卻器的輸水管出口用稱重法測量流量，以保證測量具有足夠的精度；當流 量較大時，根據(jù)流量范圍選擇兩只渦輪流量計中的一個進行流量測量，同時用稱重法測量 冷凝-冷卻器的凝結水量。在此基礎上，即可根據(jù)總流量和凝結水量(或汽-水分離器的 疏水量)計算得到實驗段出口的含汽率。球床的總加熱功率由中頻電源調節(jié)，總的有效換 熱量則是根據(jù)測得的汽-水分離器和冷凝-冷卻器的疏水流量以及實驗段進口溫度計算得 到。實驗段的平均換熱系數(shù)是根據(jù)測得的實驗段球床平均溫度、平均水溫和總的有效換熱 量求得；沸騰起始點位置是根據(jù)測量得到的實驗段球床軸向溫度分布和可視化觀察得到的 沸騰情況進行綜合判斷；兩相流動不穩(wěn)定性是根據(jù)渦輪流量計和壓力傳感器測得的參數(shù)進 行研究和判斷；氣泡行為特性的研究則是通過電磁感應器線圈匝與匝之間的間隙，利用高 速攝影儀進行可視化觀測汽泡的生長和流型的演變。所述的實驗裝置既可以進行單相強迫對流換熱，也可以進行流動沸騰換熱實驗，以及沸騰起始點、兩相流動不穩(wěn)定性、氣泡行為特性等實驗。當進行單相強迫對流換熱時，需先關閉汽-水分離器的疏水隔離閥，打開冷凝-冷 卻器的冷卻水控制閥門和進氣閥，以及冷卻器的冷卻水控制閥，然后啟動冷卻水水泵，并將 冷凝-冷卻和冷卻器的冷卻水流量調整至適當值，之后再啟動循環(huán)水泵，將實驗工質從儲 水箱中汲出，經冷卻器、過濾器、流量計、預熱器、實驗段、汽-水分離器、冷凝-冷卻器和疏 水管流入回水槽，最后再經回水管流回儲水箱。實驗中，工質流量由位于流量計出口的閥門 調節(jié)。當流量很小時，在冷凝-冷卻器疏水管出口用稱重法測量流量，以保證測量具有足夠 的精度；當流量較大時，根據(jù)流量范圍選擇兩只渦輪流量計中一個進行流量測量。球床的總 加熱功率由中頻電源調節(jié)，總的有效換熱量則是根據(jù)測得的工質流量和實驗段進出口溫度 計算得到。球床的平均換熱系數(shù)是根據(jù)測得的球床平均溫度、平均水溫和總的有效換熱量 求得，球床的局部換熱量則是根據(jù)實時測得的當?shù)厍驕睾退疁氐膭討B(tài)升溫特性，然后利用 動態(tài)傳熱方程計算。當進行流動沸騰換熱實驗，以及與流動沸騰換熱相關的沸騰起始點、兩相流動不 穩(wěn)定性、氣泡行為特性等實驗時，需先打開汽-水分離器的疏水隔離閥和冷凝-冷卻器的進 氣閥和冷卻水控制閥門，然后啟動冷卻水水泵，并過閥門將冷卻水流量在冷凝-冷卻器和 冷卻器之間進行適當分配，之后再啟動循環(huán)水泵，將實驗工質從儲水箱中汲出，經冷卻器、 過濾器、流量計和預熱器后進入實驗段，從實驗段內流出的汽-水混合物在汽-水分離器內 被相互分離，水相從汽-水分離器的下端經疏水隔離閥、疏水閥和輸水管道流入回水槽，汽 相進入冷凝-冷卻器并被凝結成水，然后從疏水管流入回水槽。流入回水槽的水在重力的 作用下經回水管全部流回儲水箱。


圖1是本發(fā)明的實驗裝置流程圖；圖2是實驗段結構示意圖；圖3是汽-水分離器結構示意圖；圖4是冷凝-冷卻器結構示意圖；圖5是冷凝-冷卻器下支撐隔板結構示意具體實施例方式下面給出本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，并結合附圖加以說明。如圖1所示，一種含強內熱源的多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置，主要包括 儲水箱1、冷卻器3、循環(huán)水泵5、穩(wěn)壓罐7、過濾器8、流量計10，13、預熱器16、電磁感應器 20、球床實驗段21、汽-水分離器沈、冷凝-冷卻器四、回水槽37、冷卻水水泵15、冷卻水水 箱22、冷卻塔23，以及相關的閥門2、4、6、9、11、12、14、19、27、28、31、34、35、溫度測量儀表 17、24、32、壓力測量儀表18、25、30和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電磁感應器20的主體是一個用紫銅方管制成的螺旋線圈，由中頻電源供電，并通 過合理地選擇電源頻率，使得電磁感應器能夠對全部實驗球進行比較均勻的加熱，每匝線 圈之間都留有一定的間隙以便于對球床通道內的沸騰情況進行可視化觀察。電磁感應器的 有效加熱功率可達80kW，體積熱流密度達到50MW/m3，使整個球床通道成為含強內熱源的多孔介質通道。如圖2所示，球床實驗段21采用石英玻璃管21-1內密實填充導磁性金屬球21_3 構成。金屬球經氧化處理，使其表面生成一層密實的氧化層，這樣一方面可以阻隔相鄰金屬 球間因導電而出現(xiàn)打火或局部發(fā)熱，同時也使球床的導磁性增加，進而使球床得到比較均 勻的加熱。球床實驗段中呈網狀布置有微細鎧裝熱電偶21-2用于測量球床溫度和實驗介 質溫度，在實驗段的進出口布置有溫度傳感器17J4和壓力傳感器18、25進行溫度測量和 壓力測量。如圖3所示，汽-水分離器為圓柱形，由下封頭沈-2、筒體沈-4和上封頭沈-7構 成汽-水分離器的外殼，其上開有切向進汽口 26-3、出汽口沈-6和疏水口 26-1，內置帶沿 擋水環(huán)板沈-8和汽-水分離孔板沈-5。使用時，汽-水混合物沿切向從進氣口沈-3進入 汽-水分離器，在離心力的作用下進行第一次汽-水分離，濕蒸汽在向上流動的過程中，穿 過孔板沈-5進行第二次分離。經過兩次分離，實現(xiàn)對實驗段21出口汽-水混合物的高效 分離，其中汽相通過分離器上封頭的出口 26-6流向冷凝-冷卻器，水相通過分離器下封頭 的疏水口 26-1，經隔離閥34和自動疏水閥35及疏水管36流向回水槽37。在汽-水分離 器的出口管道上安裝有安全閥31以防止系統(tǒng)超壓。如圖4所示，冷凝-冷卻器采用弓形折流板換熱器，主要由前水室四-1、管程進 口 29-2、殼程出口 29-3、筒體四-4、傳熱管四_5、上支撐隔板四_6、后水室四_7、殼程出口 四_8、下支撐隔板四_9、管程出口四-10等部分組成，用于對實驗段出口介質的冷凝或冷 卻。在進行單相對流換熱實驗時，換熱器呈現(xiàn)水-水換熱方式；在進行沸騰換熱實驗時，換 熱器呈現(xiàn)冷凝換熱方式。通常情況下，由于水-水換熱器和冷凝器殼側換熱工質的形態(tài)和 換熱機理不同，因此，兩種換熱器的殼側結構一般也有很大區(qū)別。在本發(fā)明中，為了兼顧沸 騰換熱實驗和單相對流換熱實驗，設計了冷凝-冷卻器，換熱器結構總體上接近于弓形折 流板水-水換熱器，其中上支撐隔板保持單弓形結構，而將下支撐隔板設計成如圖5所示的 非對稱雙弓形折流板，從而保證換熱器在處于水-水換熱方式時有較高的效率，當處于冷 凝換熱方式也可以進行有效換熱和順暢的凝結水疏水。冷卻器3采用普通的弓形折流板換熱器。冷卻器3安裝在循環(huán)水泵5的入口處， 用于控制實驗段21的入口溫度和防止循環(huán)水泵5發(fā)生氣蝕，在循環(huán)水泵5的出口引一旁通 回路至冷卻器3的入口，并通過閥門4調節(jié)旁通流量，使冷卻器3內的工質在各種實驗工況 下都具有較高的流速，從而保證冷卻器3具有較高的換熱效率。預熱器16采用電加熱式換熱器，安裝在實驗段21入口，通過調壓器調節(jié)換熱器加 熱功率，與冷卻器3配合，將實驗段21入口溫度調整至預設值。回水槽37的位置高于儲水箱1的位置，從汽-水分離器沈和冷凝-冷卻器四流 出的疏水靠重力經疏水管38從頂部流回儲水箱1，使儲水箱1內的水呈現(xiàn)冷熱分層，這樣一 方面可以通過散熱使水降溫，另一方面也在儲水箱上部形成熱水水封，防止空氣再溶入水 中。冷卻器3和冷凝-冷卻器四所需的冷卻水由冷卻水水泵15從冷卻水水箱22汲 取，分兩路分別提供給兩個換熱器進行冷卻換熱，換熱后的冷卻水均流入冷卻塔23進行冷 卻，然后再流回冷卻水水箱22。實驗回路中設置的穩(wěn)壓罐7、過濾器8和渦輪流量計10、13用于減小循環(huán)水泵出口壓力波動、過濾實驗工質中的固體雜質顆粒以及工質的流量測量。設置閥門2、19分別用于 儲水箱1和冷卻水水箱22的隔離，設置閥門4用于循環(huán)水泵5回水流量調節(jié)，設置閥門9、 12用于流量計的隔離，設置閥門11、14用于流量調節(jié)，設置閥門6、27用于冷卻水流量分配， 設置閥門34用于隔離汽-水分離器沈的疏水管路，設置閥門觀用于隔離冷凝-冷卻器。實驗中，工質流量由位于流量計10或13出口的閥門11或14調節(jié)。當流量很小 時，分別在汽-水分離器沈和冷凝-冷卻器四的輸水管36、33出口用稱重法測量流量，以 保證測量具有足夠的精度；當流量較大時，根據(jù)流量范圍選擇兩只渦輪流量計10、13中的 一個進行流量測量，同時用稱重法測量冷凝-冷卻器四的凝結水量。在此基礎上，即可根 據(jù)總流量和凝結水量(或汽-水分離器沈的疏水量)計算得到實驗段出口的含汽率。球 床的總加熱功率由中頻電源調節(jié)，總的有效換熱量則是根據(jù)測得的汽-水分離器26和冷 凝-冷卻器四的疏水流量以及實驗段21進口溫度計算得到。實驗段21的平均換熱系數(shù) 是根據(jù)測得的實驗段21平均溫度、平均水溫和總的有效換熱量求得；沸騰起始點位置是根 據(jù)測量得到的實驗段21軸向溫度分布和可視化觀察得到的沸騰情況進行綜合判斷；兩相 流動不穩(wěn)定性是根據(jù)渦輪流量計10或13和壓力傳感器18、25測得的參數(shù)進行研究和判 斷；汽泡行為特性的研究則是通過電磁感應器20線圈匝與匝之間的間隙，利用高速攝影儀 進行可視化觀測汽泡的生長和流型的演變。本發(fā)明實驗裝置既可以進行單相強迫對流換熱實驗，也可以進行流動沸騰換熱實 驗，以及沸騰起始點、兩相流動不穩(wěn)定性、氣泡行為特性等實驗。當進行單相強迫對流換熱時，需先關閉汽-水分離器沈的疏水隔離閥34，打開冷 凝-冷卻器四的冷卻水控制閥門27和進汽閥28，以及冷卻器3的冷卻水控制閥6，然后啟 動冷卻水水泵15，并將冷凝-冷卻器四和冷卻器3的冷卻水流量調整至適當值，之后再啟 動循環(huán)水泵5，將實驗工質從儲水箱1中汲出，經冷卻器3、過濾器8、流量計10或13、預熱 器16、實驗段21、汽-水分離器沈、冷凝-冷卻器四和疏水管33流入回水槽37，最后再經 回水管38流回儲水箱1。實驗中，工質流量由位于流量計10或13出口的閥門11或14調 節(jié)。當流量很小時，在冷凝-冷卻器四疏水管出口用稱重法測量流量，以保證測量具有足 夠的精度；當流量較大時，根據(jù)流量范圍選擇兩只渦輪流量計10、13中一個進行流量測量。 球床的總加熱功率由中頻電源調節(jié)，總的有效換熱量則是根據(jù)測得的工質流量和實驗段進 出口溫度計算得到。球床的平均換熱系數(shù)是根據(jù)測得的球床平均溫度、平均水溫和總的有 效換熱量求得，球床的局部換熱量則是根據(jù)實時測得的當?shù)厍驕睾退疁氐膭討B(tài)升溫特性， 然后利用動態(tài)傳熱方程計算。當進行流動沸騰換熱實驗，以及與流動沸騰換熱相關的沸騰起始點、兩相流動不 穩(wěn)定性、氣泡行為特性等實驗時，需先打開汽-水分離器沈的疏水隔離閥34和冷凝-冷卻 器四的進氣閥28和冷卻水控制閥門27，然后啟動冷卻水水泵22，并通過閥門6、觀將冷卻 水流量在冷凝-冷卻器四和冷卻器3之間進行適當分配，之后再啟動循環(huán)水泵5，將實驗工 質從儲水箱1中汲出，經冷卻器3、過濾器8、流量計10或13和預熱器16后進入實驗段21， 從實驗段21內流出的汽-水混合物在汽-水分離器沈內被相互分離，水相從汽-水分離 器沈的下端經疏水隔離閥34、疏水閥35和輸水管道36流入回水槽37，汽相進入冷凝-冷 卻器四并被凝結成水，然后從疏水管33流入回水槽37。流入回水槽37的水在重力的作用 下經回水管38全部流回儲水箱1。
與現(xiàn)有實驗裝置相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明通過系統(tǒng)和設備的合理設計使實驗裝置可以對實驗球床整體進行強內 熱源加熱，實驗系統(tǒng)既可以進行單相強迫對流換熱實驗，也可以進行流動沸騰換熱實驗；既 可以進行層流低流速條件下的傳熱實驗，也可以進行紊流高流速條件下的傳熱實驗；既可 以進行傳熱性能實驗，也可以進行沸騰起始點、流動不穩(wěn)定性實驗；既可以進行球床平均傳 熱特性實驗，也可以進行球床功率分布實驗，使得本發(fā)明不僅實現(xiàn)一臺多用，而且可以在寬 廣的參數(shù)范圍內進行實驗研究。2、本發(fā)明設計的冷凝-冷卻器可以兼顧滿足水-水換熱器和冷凝器的要求，實現(xiàn)
““器多用。3、本發(fā)明設計的汽-水分離器結構簡單，同時應用了離心分離原理和慣性分離原 理，使得分離器具有較高的效率和較低的流動阻力。
權利要求
1.一種含強內熱源的多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置，其特征是主要是由儲水 箱、冷卻器、穩(wěn)壓罐、過濾器、預熱器、球床實驗段、汽-水分離器、冷凝-冷卻器、回水槽、冷 卻水水箱、冷卻塔通過管道連接組成，球床實驗段外設置電磁感應器，冷卻器與過濾器之間 設置有循環(huán)水泵，冷卻水水箱與冷凝-冷卻器和冷卻器之間設置有冷卻水水泵，管道的相 關位置處設置閥門或測量儀表，測量儀表與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的含強內熱源的多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置，其特征 是所述電磁感應器的主體是一個用紫銅方管制成的螺旋線圈，由中頻電源供電，每匝線圈 之間都留有一定的間隙。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的含強內熱源的多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置，其 特征是所述球床實驗段由石英玻璃管內密實填充導磁性金屬球構成，球床實驗段中呈網狀 布置有微細鎧裝熱電偶，球床實驗段的進出口布置有溫度傳感器和壓力傳感器。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的含強內熱源的多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置，其 特征是所述的汽-水分離器為圓柱形，由下封頭、筒體和上封頭構成汽-水分離器的外殼， 外殼上開有切向進汽口、出汽口和疏水口，內置帶沿擋水環(huán)板和汽-水分離孔板。
5.根據(jù)權利要求3所述的含強內熱源的多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置，其特征 是所述的汽-水分離器為圓柱形，由下封頭、筒體和上封頭構成汽-水分離器的外殼，外殼 上開有切向進汽口、出汽口和疏水口，內置帶沿擋水環(huán)板和汽-水分離孔板。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的含強內熱源的多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置，其 特征是所述的冷凝-冷卻器為弓形折流板換熱器，主要由前水室、管程進口、殼程出口、筒 體、傳熱管、上支撐隔板、后水室、殼程出、下支撐隔板、管程出口組成。
7.根據(jù)權利要求3所述的含強內熱源的多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置，其特征 是所述的冷凝-冷卻器為弓形折流板換熱器，主要由前水室、管程進口、殼程出口、筒體、傳 熱管、上支撐隔板、后水室、殼程出、下支撐隔板、管程出口組成。
8.根據(jù)權利要求4所述的含強內熱源的多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置，其特征 是所述的冷凝-冷卻器為弓形折流板換熱器，主要由前水室、管程進口、殼程出口、筒體、傳 熱管、上支撐隔板、后水室、殼程出、下支撐隔板、管程出口組成。
9.根據(jù)權利要求5所述的含強內熱源的多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置，其特征 是所述的冷凝-冷卻器為弓形折流板換熱器，主要由前水室、管程進口、殼程出口、筒體、傳 熱管、上支撐隔板、后水室、殼程出、下支撐隔板、管程出口組成。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種含強內熱源的多孔介質通道強迫對流換熱實驗裝置。主要是由儲水箱、冷卻器、穩(wěn)壓罐、過濾器、預熱器、球床實驗段、汽-水分離器、冷凝-冷卻器、回水槽、冷卻水水箱、冷卻塔通過管道連接組成，球床實驗段外設置電磁感應器，冷卻器與過濾器之間設置有循環(huán)水泵，冷卻水水箱與冷凝-冷卻器和冷卻器之間設置有冷卻水水泵，管道的相關位置處設置閥門或測量儀表，測量儀表與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。本發(fā)明通過采用合適的技術和合理的設計，實現(xiàn)對多孔介質通道全部金屬球同時加熱，使之成為含強內熱源的多孔介質通道，進而較真實地模擬球床水冷反應堆通道的加熱情況。
文檔編號G01N25/20GK102081059SQ20101055905
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權日2010年11月25日
發(fā)明者丁鋼偉, 孫中寧, 孫立成, 閻昌琪 申請人:哈爾濱工程大學