專利名稱：可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)耦合的冷凝換熱實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種冷凝換熱實(shí)驗(yàn)裝置，特別是一種可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)耦合的冷凝換熱實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
冷凝傳熱是指蒸汽與低于飽和溫度的壁面接觸時(shí)發(fā)生的一種傳熱形式。由于冷凝傳熱能夠從較低溫差中獲得很高的換熱系數(shù)，因而廣泛應(yīng)用于動(dòng)力、化工、制冷和核能等諸多領(lǐng)域。加強(qiáng)蒸汽冷凝換熱能力對(duì)提高換熱器熱效率意義重大，然而空氣等不凝性氣體對(duì)冷凝傳熱具有強(qiáng)烈的抑制作用，比如在水蒸汽中質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的空氣就能使傳熱系數(shù)降低60%，所以其定量研究近年來一直是傳熱學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。此外，傳統(tǒng)的冷卻方式是由泵驅(qū)動(dòng)冷卻水從傳熱管內(nèi)流過，而蒸汽在管外凝結(jié)的強(qiáng)迫循環(huán)方式，但隨著非能動(dòng)概念的提出，由自然循環(huán)方式提供冷卻已成為研究的焦點(diǎn)之一。那么，不同的冷卻方式對(duì)冷凝換熱的強(qiáng)度是否存在影響？哪種冷卻方式更穩(wěn)定、可靠？在不同的應(yīng)用條件下采用哪種冷卻方式更合理？這些都是值得我們認(rèn)真研究的問題。針對(duì)含不凝性氣體的蒸汽冷凝換熱研究，實(shí)驗(yàn)是不可替代的重要途徑，而實(shí)驗(yàn)裝置則是獲取可靠數(shù)據(jù)必須倚靠的硬件設(shè)施。但從公開發(fā)表的文獻(xiàn)和專利來看，目前提出的冷凝實(shí)驗(yàn)裝置大多只能完成純蒸汽的實(shí)驗(yàn)研究，或單一冷卻方式下的混合氣體實(shí)驗(yàn)。如:麻省理工學(xué)院H.Liu的非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)裝置⑶.!^!!^』.！^^^^^T.Driscoll.An experimental investigation of passive cooling unit for nuclearplant containment[J].Nuclear Engineering and Design,2000，199:243_255.)僅倉(cāng)泛完成自然循環(huán)下的冷凝實(shí)驗(yàn)研究；而麻省理工學(xué)院Dehbi的含不凝氣體的豎直管外冷凝實(shí)驗(yàn)裝置(Dehb1.The Effects of Non-condensable Gases on Steam Condensation underTurbulent Natural Convection Conditions, 1991.)僅能完成強(qiáng)迫循環(huán)下的冷凝實(shí)驗(yàn)研究。而且上述實(shí)驗(yàn)裝置還存在以下缺陷:(1)將蒸汽源設(shè)在實(shí)驗(yàn)體內(nèi)部，需要很大的水空間以維持?jǐn)?shù)據(jù)測(cè)量的穩(wěn)定性，造成實(shí)驗(yàn)體體積龐大，對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、筒體強(qiáng)度和密封性都有很高要求；若實(shí)驗(yàn)體體積較小，頻繁補(bǔ)水將使系統(tǒng)壓力產(chǎn)生大幅波動(dòng)，甚至根本無法穩(wěn)定，不能滿足測(cè)量精度要求。(2)對(duì)于H.Liu的自然循環(huán)試驗(yàn)裝置，冷凝換熱量是通過水箱內(nèi)飽和水的汽化潛熱總量來確定，導(dǎo)致冷卻劑的實(shí)驗(yàn)起始溫度必須為飽和溫度，因此無法在較寬范圍內(nèi)研究換熱管壁面過冷度對(duì)冷凝換熱的影響。(3) H.Liu的實(shí)驗(yàn)裝置主要針對(duì)換熱進(jìn)行研究，并未考慮外部自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)的熱力特性與流動(dòng)特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可用于研究含有多組分不凝性氣體的可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)耦合的冷凝換熱實(shí)驗(yàn)裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:主要包括蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)、氦氣供應(yīng)系統(tǒng)、自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)、強(qiáng)迫循環(huán)冷卻系統(tǒng)、冷凝實(shí)驗(yàn)體和數(shù)據(jù)測(cè)量與采集系統(tǒng)；所述蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)主要由鍋爐和流量計(jì)組成，由鍋爐產(chǎn)生的蒸汽，流經(jīng)蒸汽流量計(jì)進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)體殼側(cè)；所述空氣供應(yīng)系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、油氣分離器組成，空氣壓縮機(jī)向儲(chǔ)氣罐充氣，空氣經(jīng)過油氣分離器進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)體殼側(cè)；所述氦氣供應(yīng)系統(tǒng)主要由高壓氦氣瓶和減壓閥組成，氦氣經(jīng)減壓閥減壓后進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)體殼側(cè)；混合氣體在冷凝實(shí)驗(yàn)體殼側(cè)完成換熱后，凝液流至冷凝實(shí)驗(yàn)體下面的凝液罐內(nèi)，最后由排水管路排出；自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)主要由高位水箱、電磁流量計(jì)、可視化實(shí)驗(yàn)段組成，在冷熱段密度差的驅(qū)動(dòng)下，高位水箱內(nèi)的冷卻水沿管路向下流經(jīng)電磁流量計(jì)進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)體管側(cè)完成換熱后，向上流經(jīng)可視化實(shí)驗(yàn)段回到高位水箱；強(qiáng)迫循環(huán)冷卻系統(tǒng)主要由水池、水泵、流量計(jì)、過濾器、穩(wěn)壓罐組成，冷卻水由水泵從水池中抽出后依次經(jīng)過過濾器、流量計(jì)、穩(wěn)壓罐進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)體管側(cè)完成換熱后返回水池，流量由管側(cè)出口調(diào)節(jié)閥控制。本發(fā)明還可以包括:1、自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)與冷凝實(shí)驗(yàn)體管側(cè)的連接管路上設(shè)置有自然循環(huán)管路閥門，強(qiáng)迫循環(huán)冷卻系統(tǒng)與冷凝實(shí)驗(yàn)體管側(cè)的連接管路上設(shè)置有強(qiáng)迫循環(huán)管路閥，通過自然循環(huán)管路閥門與強(qiáng)迫循環(huán)管路閥的切換實(shí)現(xiàn)冷凝實(shí)驗(yàn)體殼側(cè)環(huán)境相同時(shí)自然循環(huán)冷卻與強(qiáng)迫循環(huán)冷卻的冷凝換熱特性的測(cè)量、分析與比較，提高對(duì)比實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。2、自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)的上升段采用透明的耐熱玻璃結(jié)構(gòu)，用于觀察自然循環(huán)中的兩相流型，追蹤上升管段的閃蒸起始點(diǎn)位置等。3、自然循環(huán)冷卻水箱通過改變懸掛高度的方式，改變自然循環(huán)高差與循環(huán)驅(qū)動(dòng)壓頭，用于研究不同循環(huán)驅(qū)動(dòng)壓頭下，自然循環(huán)的流動(dòng)阻力特性和管外冷凝換熱特性。4、所述自然循環(huán)冷卻水箱下部安裝有汽水分離裝置、上部的蒸汽排出口處安裝有U型水封結(jié)構(gòu)。汽水分離裝置防止水箱入口處的高速兩相流體沖擊；u型水封結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)水箱的氣空間向大氣環(huán)境的單向?qū)ā?、自然循環(huán)冷卻水箱側(cè)面安裝有觀察窗，可直接觀察水箱內(nèi)的水質(zhì)情況、汽水分離情況、液面波動(dòng)情況等。6、在自然循環(huán)冷卻水箱的不同高度都布置有溫度采樣點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)與研究水箱內(nèi)冷卻水的溫度分布情況。7、在自然循環(huán)冷卻水箱內(nèi)部安裝有電加熱裝置，可加熱冷卻水到預(yù)定的實(shí)驗(yàn)起始溫度。用于在較寬范圍內(nèi)研究冷卻水入口溫度對(duì)自然循環(huán)能力與冷凝換熱能力的影響，以及不同入口溫度下自然循環(huán)的啟動(dòng)特性。8、所述數(shù)據(jù)測(cè)量與采集系統(tǒng)包括溫度測(cè)量系統(tǒng)、壓力測(cè)量系統(tǒng)、氦氣純度分析系統(tǒng)；溫度測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量下列各處溫度的熱電偶組成:蒸汽流量計(jì)出口和冷凝實(shí)驗(yàn)體進(jìn)氣口處的溫度、混合氣體的主流和實(shí)驗(yàn)管外壁溫度、實(shí)驗(yàn)管進(jìn)出口溫度、凝液罐凝水溫度、自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)的水箱進(jìn)出口溫度、上升管段處的冷卻水溫度、自然循環(huán)水箱內(nèi)冷卻水的溫度分布；壓力測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量下列各處壓力的儀表組成:冷凝實(shí)驗(yàn)體內(nèi)的氣體壓力、蒸汽流量計(jì)處的蒸汽壓力、強(qiáng)迫循環(huán)冷卻系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)管出口和穩(wěn)壓罐處的壓力、自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)水箱的進(jìn)出口壓力、水箱內(nèi)氣空間的壓力、上升管段處的壓力；
氦氣在不凝氣體中的占比通過在線的氦氣純度分析系統(tǒng)直接讀取，并根據(jù)混合氣體壓力和主流溫度，直接計(jì)算出混合氣體成分；溫度、流量和壓力數(shù)據(jù)信號(hào)均通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入PC機(jī)進(jìn)行分析、儲(chǔ)存、顯示，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 9、冷凝試驗(yàn)體內(nèi)安裝單根冷凝傳熱管或安裝冷凝管束。本發(fā)明提供了一種可用于研究含有多組分不凝性氣體的蒸汽冷凝傳熱特性的實(shí)驗(yàn)裝置，特別是一種可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)耦合的冷凝換熱實(shí)驗(yàn)裝置，可進(jìn)行多種尺寸、結(jié)構(gòu)型式的豎直單管和管束的管外冷凝換熱實(shí)驗(yàn)，以及自然循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)熱力特性、流動(dòng)阻力特性和啟動(dòng)特性研究。本發(fā)明的有益效果是:可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)冷卻條件下，含不凝性氣體的蒸汽管外冷凝傳熱實(shí)驗(yàn)研究，以及加熱功率穩(wěn)定和變化條件下，自然循環(huán)系統(tǒng)的排熱與流動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究。該裝置能實(shí)現(xiàn):(1)在混合氣體配比不同的條件下，對(duì)不同尺寸和結(jié)構(gòu)型式的豎直單管和管束進(jìn)行管外冷凝傳熱實(shí)驗(yàn)研究；(2)冷卻劑自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)間快速轉(zhuǎn)換，用于實(shí)驗(yàn)環(huán)境相同，冷卻劑循環(huán)方式不同的對(duì)比研究；(3)冷卻水溫度的大范圍調(diào)節(jié)，可以在很寬的范圍內(nèi)研究含不凝氣體時(shí)換熱管壁面過冷度對(duì)于冷凝換熱特性的影響；
(4)在自然循環(huán)條件下，通過可視化結(jié)構(gòu)、密集布置參數(shù)測(cè)點(diǎn)等方式，研究自然循環(huán)的熱力特性、流動(dòng)特性和啟動(dòng)特性；(5)設(shè)有汽水分離器和水封裝置，大大提高了自然循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性以及與大氣環(huán)境的單向?qū)ā?6)整個(gè)系統(tǒng)的可視化程度高，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，有助于對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的理解以及對(duì)傳熱和流動(dòng)機(jī)理的深入研究。


圖1為本實(shí)驗(yàn)裝置的流程示意圖。圖2a為自然循環(huán)水箱的外部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2b為自然循環(huán)水箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述:結(jié)合圖1，整體結(jié)構(gòu)主要由鍋爐1、渦街流量計(jì)2、排氣閥3、空氣壓縮機(jī)4、儲(chǔ)氣罐
5、油氣分離器6、高壓氦氣瓶7、減壓閥8、凝液罐9、疏水閥10、冷凝實(shí)驗(yàn)體11、自然循環(huán)水箱12、電磁流量計(jì)13、冷凝實(shí)驗(yàn)段14、自然循環(huán)管路閥門15、可視化實(shí)驗(yàn)管段16、水池17、冷卻水循環(huán)泵18、過濾器19、流量計(jì)20、穩(wěn)壓罐21、強(qiáng)迫循環(huán)管路閥門22、流量調(diào)節(jié)閥23、氣體取樣閥24、氦氣純度分析儀25以及壓力測(cè)量?jī)x表和溫度測(cè)量元件連接組成。結(jié)合圖2a_圖2b，自然循環(huán)水箱包括:U型水封結(jié)構(gòu)26、蒸汽排放口 27、觀察窗28、冷卻劑上行管線接口 29、冷卻劑下行管線接口 30、水箱疏水閥接口 31、熱電偶測(cè)溫接口 32、汽水分離器33和34電加熱器。用于純蒸汽冷凝換熱實(shí)驗(yàn)，其技術(shù)方案I是:對(duì)于強(qiáng)迫循環(huán)冷卻實(shí)驗(yàn)，首先關(guān)閉自然循環(huán)管路閥門15，打開強(qiáng)迫循環(huán)管路閥門22，啟動(dòng)循環(huán)水泵18，冷卻水由水池17中抽起，依次流經(jīng)過濾器19、流量計(jì)20、穩(wěn)壓罐21后進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)管14，在管內(nèi)換熱后，返回水池，流量由出口調(diào)節(jié)閥23進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于自然循環(huán)冷卻實(shí)驗(yàn)，首先打開自然循環(huán)回路閥門22，關(guān)閉強(qiáng)迫循環(huán)回路閥門13，循環(huán)水箱12內(nèi)的冷卻水在冷熱段密度差的驅(qū)動(dòng)下，流經(jīng)電磁流量計(jì)13進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)管14，再經(jīng)可視化的上升管段16，回到循環(huán)水箱12。對(duì)于蒸汽側(cè)，啟動(dòng)鍋爐1，并打開蒸汽閥門和排水閥10，蒸汽流經(jīng)蒸汽管線、冷凝實(shí)驗(yàn)體11和凝液罐9排入大氣環(huán)境，以此排空冷凝實(shí)驗(yàn)體11內(nèi)的空氣。半小時(shí)后，關(guān)閉排水閥10，升高鍋爐壓力和冷卻水流量至預(yù)定值，待實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度壓力等主要參數(shù)穩(wěn)定后，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，讀入并分析相關(guān)數(shù)據(jù)。蒸汽在實(shí)驗(yàn)管14表面凝結(jié)，凝水流入凝液罐9。當(dāng)凝水水位超過預(yù)定值時(shí)，由疏水閥10排放。用于含有空氣的蒸汽冷凝換熱實(shí)驗(yàn)，其技術(shù)方案2是:冷卻水的自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)均同技術(shù)方案I?？諝鈧?cè)，啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)4向儲(chǔ)氣罐5充氣升壓，然后打開空氣閥，空氣經(jīng)過油氣分離器6進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)體11，直至達(dá)到預(yù)定壓力。蒸汽側(cè)，啟動(dòng)鍋爐I，待壓力升高到實(shí)驗(yàn)壓力后，打開蒸汽閥門，蒸汽經(jīng)過流量計(jì)2進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)體，與空氣充分混合。數(shù)據(jù)采集方案和凝水排放方案同技術(shù)方案I。本裝置通過以下技術(shù)方案改變氣體組分:打開排氣閥3，排放實(shí)驗(yàn)體11內(nèi)的混合氣體，而鍋爐I產(chǎn)生的飽和蒸汽補(bǔ)充至冷凝實(shí)驗(yàn)體11內(nèi)，使得實(shí)驗(yàn)體11內(nèi)的空氣占比降低。當(dāng)混合氣體溫度升高到預(yù)定的溫度后，關(guān)閉排氣閥3。待實(shí)驗(yàn)體11內(nèi)混合氣體的溫度、壓力等參數(shù)穩(wěn)定后，計(jì)算得到混合氣體中空氣的占比，運(yùn)用該技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)在空氣占比由高至低連續(xù)性改變的條件下，管外蒸汽冷凝換熱特性的研究。用于含有空氣、氦氣的蒸汽冷凝換熱實(shí)驗(yàn)，其技術(shù)方案3是:冷卻水的自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)均同技術(shù)方案1，空氣側(cè)運(yùn)行同技術(shù)方案2。氦氣側(cè)，調(diào)節(jié)減壓閥8，氦氣從高壓儲(chǔ)氣瓶7進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)體11，達(dá)到預(yù)定壓力后關(guān)閉減壓閥8。蒸汽側(cè)的運(yùn)行方案和混合氣體組分改變方案同技術(shù)方案2。氦氣測(cè)量系統(tǒng)中，打開氣體取樣閥24，混合氣體沿著取樣管線進(jìn)入氦氣純度分析系統(tǒng)25，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氦氣的占比的在線實(shí)時(shí)顯示。以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，實(shí)驗(yàn)裝置的局部結(jié)構(gòu)可根據(jù)具體的要求作出相應(yīng)的調(diào)整和細(xì)化，在此并未一一列舉。另外，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)耦合的冷凝換熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是:主要包括蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)、氦氣供應(yīng)系統(tǒng)、自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)、強(qiáng)迫循環(huán)冷卻系統(tǒng)、冷凝實(shí)驗(yàn)體和數(shù)據(jù)測(cè)量與采集系統(tǒng)；所述蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)主要由鍋爐和流量計(jì)組成，由鍋爐產(chǎn)生的蒸汽，流經(jīng)蒸汽流量計(jì)進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)體殼側(cè)；所述空氣供應(yīng)系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、油氣分離器組成，空氣壓縮機(jī)向儲(chǔ)氣罐充氣，空氣經(jīng)過油氣分離器進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)體殼側(cè)；所述氦氣供應(yīng)系統(tǒng)主要由高壓氦氣瓶和減壓閥組成，氦氣經(jīng)減壓閥減壓后進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)體殼側(cè)；混合氣體在冷凝實(shí)驗(yàn)體殼側(cè)完成換熱后，凝液流至冷凝實(shí)驗(yàn)體下面的凝液罐內(nèi)，最后由排水管路排出；自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)主要由高位水箱、電磁流量計(jì)、可視化實(shí)驗(yàn)段組成，在冷熱段密度差的驅(qū)動(dòng)下，高位水箱內(nèi)的冷卻水沿管路向下流經(jīng)電磁流量計(jì)進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)體管側(cè)完成換熱后，向上流經(jīng)可視化實(shí)驗(yàn)段回到高位水箱；強(qiáng)迫循環(huán)冷卻系統(tǒng)主要由水池、水泵、流量計(jì)、過濾器、穩(wěn)壓罐組成，冷卻水由水泵從水池中抽出后依次經(jīng)過過濾器、流量計(jì)、穩(wěn)壓罐進(jìn)入冷凝實(shí)驗(yàn)體管側(cè)完成換熱后返回水池，流量由管側(cè)出口調(diào)節(jié)閥控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)耦合的冷凝換熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是:自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)與冷凝實(shí)驗(yàn)體管側(cè)的連接管路上設(shè)置有自然循環(huán)管路閥門，強(qiáng)迫循環(huán)冷卻系統(tǒng)與冷凝實(shí)驗(yàn)體管側(cè)的連接管路上設(shè)置有強(qiáng)迫循環(huán)管路閥，通過自然循環(huán)管路閥門與強(qiáng)迫循環(huán)管路閥的切換實(shí)現(xiàn)冷凝實(shí)驗(yàn)體殼側(cè)環(huán)境相同時(shí)自然循環(huán)冷卻與強(qiáng)迫循環(huán)冷卻的冷凝換熱特性的測(cè)量、分析與比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)耦合的冷凝換熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是:自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)的上升段采用透明的耐熱玻璃結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)耦合的冷凝換熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是:所述自然循環(huán)冷卻水箱下部安裝有汽水分離裝置、上部的蒸汽排出口處安裝有U型水封結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)耦合的冷凝換熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是:自然循環(huán)冷卻水箱側(cè)面安裝有觀察窗，在自然循環(huán)冷卻水箱的不同高度都布置有溫度采樣點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)耦合的冷凝換熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是:在自然循環(huán)冷卻水箱內(nèi)部安裝有電加熱裝置，加熱冷卻水到預(yù)定的實(shí)驗(yàn)起始溫度，用于在較寬范圍內(nèi)研究冷卻水入口溫度對(duì)自然循環(huán)能力與冷凝換熱能力的影響，以及不同入口溫度下自然循環(huán)的啟動(dòng)特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)耦合的冷凝換熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是:所述數(shù)據(jù)測(cè)量與采集系統(tǒng)包括溫度測(cè)量系統(tǒng)、壓力測(cè)量系統(tǒng)、氦氣純度分析系統(tǒng)； 溫度測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量下列各處溫度的熱電偶組成:蒸汽流量計(jì)出口和冷凝實(shí)驗(yàn)體進(jìn)氣口處的溫度、混合氣體的主流和實(shí)驗(yàn)管外壁溫度、實(shí)驗(yàn)管進(jìn)出口溫度、凝液罐凝水溫度、自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)的水箱進(jìn)出口溫度、上升管段處的冷卻水溫度、自然循環(huán)水箱內(nèi)冷卻水的溫度分布； 壓力測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量下列各處壓力的儀表組成:冷凝實(shí)驗(yàn)體內(nèi)的氣體壓力、蒸汽流量計(jì)處的蒸汽壓力、強(qiáng) 迫循環(huán)冷卻系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)管出口和穩(wěn)壓罐處的壓力、自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)水箱的進(jìn)出口壓力、水箱內(nèi)氣空間的壓力、上升管段處的壓力； 氦氣在不凝氣體中的占比通過在線的氦氣純度分析系統(tǒng)直接讀取，并根據(jù)混合氣體壓力和主流溫度,直接計(jì)算出混合氣體成分； 溫度、流量和壓力數(shù)據(jù)信號(hào)均通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入PC機(jī)進(jìn)行分析、儲(chǔ)存、顯示，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)耦合的冷凝換熱實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是:冷凝試驗(yàn)體內(nèi)安裝單根冷凝 傳熱管或安裝冷凝管束。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)耦合的冷凝換熱實(shí)驗(yàn)裝置。主要包括蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)、氦氣供應(yīng)系統(tǒng)、自然循環(huán)冷卻系統(tǒng)、強(qiáng)迫循環(huán)冷卻系統(tǒng)、冷凝實(shí)驗(yàn)體和數(shù)據(jù)測(cè)量與采集系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)自然循環(huán)與強(qiáng)迫循環(huán)冷卻條件下，含不凝性氣體的蒸汽管外冷凝傳熱實(shí)驗(yàn)研究，以及加熱功率穩(wěn)定和變化條件下，自然循環(huán)系統(tǒng)的排熱與流動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究。該裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，連續(xù)測(cè)量不同混合氣體組分下的冷凝特性，測(cè)量準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)處理快捷。另外，整個(gè)系統(tǒng)的可視化程度很高，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，有助于對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的理解以及對(duì)傳熱和流動(dòng)機(jī)理的深入研究。
文檔編號(hào)G01N25/20GK103196945SQ201310084890
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者孫中寧, 丁銘, 范廣銘, 高力, 侯曉凡, 閻昌琪, 孫立成, 王建軍, 曹夏昕, 谷海峰 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)