蒸汽直接接觸冷凝過程多場(chǎng)耦合研究實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法制造方法及圖紙

一種蒸汽直接接觸冷凝過程多場(chǎng)耦合研究實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法，該系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)水箱，由鍋爐、汽水分離器及相關(guān)設(shè)備組成的蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)，由不凝性氣體壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、不凝性氣體加熱器及相關(guān)設(shè)備組成的不凝性氣體供應(yīng)系統(tǒng)和由配備對(duì)應(yīng)采集卡的電腦及相關(guān)設(shè)備組成的數(shù)據(jù)測(cè)量采集系統(tǒng)；本發(fā)明專利技術(shù)還提供了該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法；本發(fā)明專利技術(shù)能滿足純蒸汽和含有不凝性氣體的蒸汽直接接觸冷凝研究需要，可以測(cè)量蒸汽直接接觸冷凝過程中的聲場(chǎng)、聲場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和冷凝噴嘴振動(dòng)特性的研究，實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)的耦合分析研究，可以實(shí)現(xiàn)蒸汽冷凝過程中汽羽形態(tài)的高速拍攝和處理，分析冷凝過程中汽羽形態(tài)特性。分析冷凝過程中汽羽形態(tài)特性。分析冷凝過程中汽羽形態(tài)特性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
蒸汽直接接觸冷凝過程多場(chǎng)耦合研究實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法


[0001]本專利技術(shù)屬于冷凝換熱實(shí)驗(yàn)研究
，具體涉及一種蒸汽直接接觸冷凝過程多場(chǎng)耦合研究實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法。

技術(shù)介紹

[0002]確保事故工況后反應(yīng)堆系統(tǒng)的安全是積極發(fā)展核電等相關(guān)技術(shù)的前提，蒸汽直接接觸冷凝由于其高效的換熱效率廣泛應(yīng)用于核電站或其他核動(dòng)力裝置的安全系統(tǒng)中，比如抑壓水池等。事故工況后，反應(yīng)堆系統(tǒng)內(nèi)的高溫高壓水閃蒸成為蒸汽泄露，反應(yīng)堆系統(tǒng)的抑壓系統(tǒng)啟動(dòng)，系統(tǒng)運(yùn)行過程中，含不凝性氣體的蒸汽進(jìn)入到抑壓水池等設(shè)備中，與冷凝水發(fā)生直接接觸冷凝，冷凝過程中在形成的氣液交界面上存在著強(qiáng)烈的質(zhì)量、動(dòng)量、能量交換，引起流場(chǎng)內(nèi)的壓力振蕩。此外，由于混合氣體形成氣泡的潰滅作用，會(huì)在周圍液體中產(chǎn)生沖擊波和噪聲，混合氣體形成的氣泡運(yùn)動(dòng)會(huì)在流場(chǎng)中引起周期性的壓力脈動(dòng)，聲場(chǎng)與流場(chǎng)相互作用，可能引發(fā)流致聲振動(dòng)現(xiàn)象。因此，含不凝性氣體的蒸汽直接接觸冷凝過程，可能會(huì)造成流場(chǎng)周圍結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)毀傷，影響設(shè)備安全。針對(duì)此問題，開展含不凝性氣體的蒸汽冷凝過程多場(chǎng)耦合試驗(yàn)研究，對(duì)冷凝過程流場(chǎng)、噪聲特性及壁面和管道結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性進(jìn)行分析，具有重要的工程應(yīng)用意義和科學(xué)研究?jī)r(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0003]本專利技術(shù)的目的是針對(duì)上述含不凝性氣體的蒸汽冷凝過程多場(chǎng)研究需求，提出了一種蒸汽直接接觸冷凝過程多場(chǎng)耦合研究實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法，本專利技術(shù)所述實(shí)驗(yàn)裝置可以實(shí)現(xiàn)純蒸汽和含有不凝性氣體的蒸汽直接接觸冷凝過程中冷凝裝置中的聲場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和冷凝噴嘴振動(dòng)特性的研究，可以拍攝并分析冷凝過程中蒸汽汽羽的動(dòng)態(tài)特性。
[0004]為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
[0005]一種蒸汽直接接觸冷凝過程多場(chǎng)耦合研究實(shí)驗(yàn)裝置，包括蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)、不凝性氣體供應(yīng)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)水箱和數(shù)據(jù)測(cè)量采集系統(tǒng)；
[0006]所述蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)包括依次連接的鍋爐4、蒸汽供應(yīng)管道1、汽水分離器5、第一截止閥101、蒸汽質(zhì)量流量計(jì)102、蒸汽流量調(diào)節(jié)閥103、蒸汽管道止回閥104、蒸汽壓力測(cè)量計(jì)105和蒸汽溫度測(cè)量計(jì)106；
[0007]所述鍋爐4與汽水分離器5連接，之間布置有第三截止閥403；
[0008]所述汽水分離器5與蒸汽供應(yīng)管道1連接；
[0009]所述不凝性氣體供應(yīng)系統(tǒng)包括依次連接的不凝性氣體供應(yīng)管道2、不凝性氣體壓縮機(jī)6、儲(chǔ)氣罐7、第五截止閥201、不凝性氣體加熱器8、第六截止閥202、不凝性氣體質(zhì)量流量計(jì)203、不凝性氣體流量調(diào)節(jié)閥204、不凝性氣體管道止回閥205、不凝性氣體溫度測(cè)量計(jì)206和不凝性氣體壓力測(cè)量計(jì)207；
[0010]所述不凝性氣體壓縮機(jī)6與儲(chǔ)氣罐7之間布置有第七截止閥601；
[0011]所述儲(chǔ)氣罐7與不凝性氣體供應(yīng)管道2連接；
[0012]所述不凝性氣體加熱器8布置在不凝性氣體供應(yīng)管道2上，用于加熱不凝性氣體，防止不凝性氣體對(duì)蒸汽的提前冷凝；
[0013]所述蒸汽供應(yīng)管道1與所述不凝性氣體供應(yīng)管道2末端均通入氣體攪渾罐19，氣體攪渾后從氣體攪渾罐19流出進(jìn)入混合氣體供應(yīng)管道3，混合氣體供應(yīng)管道3上設(shè)置混合氣體壓力測(cè)量計(jì)301和混合氣體溫度測(cè)量計(jì)302；
[0014]所述實(shí)驗(yàn)水箱9由透明材料制成，內(nèi)部布置有三維移動(dòng)支架16，實(shí)驗(yàn)水箱9內(nèi)布置有水箱內(nèi)溫度測(cè)量裝置11，用于檢測(cè)水箱內(nèi)溫度，實(shí)驗(yàn)水箱9頂部連接有給水管道902和第九截止閥901，用于冷凝水的補(bǔ)充，實(shí)驗(yàn)水箱9側(cè)面設(shè)有溢流管道904和第十截止閥903，用于冷凝水的排出；所述實(shí)驗(yàn)水箱9側(cè)面布置有實(shí)驗(yàn)噴嘴12，實(shí)驗(yàn)噴嘴12與混合氣體管道3連接，所述實(shí)驗(yàn)噴嘴12上布置有加速度計(jì)17，可測(cè)量試驗(yàn)時(shí)噴嘴的振動(dòng)加速度；
[0015]所述數(shù)據(jù)測(cè)量采集系統(tǒng)由配備對(duì)應(yīng)采集卡的數(shù)據(jù)采集設(shè)備10、高速攝像機(jī)18和連接各個(gè)測(cè)量設(shè)備的數(shù)據(jù)連接線組成，配備對(duì)應(yīng)采集卡的數(shù)據(jù)采集設(shè)備10通過數(shù)據(jù)連接線與蒸汽質(zhì)量流量計(jì)102、蒸汽壓力測(cè)量計(jì)105、蒸汽溫度測(cè)量計(jì)106、不凝性氣體質(zhì)量流量計(jì)203、不凝性氣體溫度測(cè)量計(jì)206、不凝性氣體壓力測(cè)量計(jì)207、混合氣體壓力測(cè)量計(jì)301、混合氣體溫度測(cè)量計(jì)302、水箱內(nèi)溫度測(cè)量裝置11、高頻動(dòng)態(tài)壓力傳感器13、溫度探測(cè)桿14、水聽器15、加速度計(jì)17和高速攝像機(jī)18連接，完成實(shí)驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù)采集；
[0016]所述高速攝像機(jī)18布置在實(shí)驗(yàn)水箱9外，通過實(shí)驗(yàn)水箱9的可視化窗口拍攝分析蒸汽冷凝的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
[0017]所述不凝性氣體為空氣。
[0018]所述鍋爐4設(shè)置有用于調(diào)節(jié)蒸汽流量、事故和緊急情況下排出蒸汽的鍋爐旁路402，鍋爐旁路402上布置有第二截止閥401；所述汽水分離器5設(shè)置有用于排出干燥蒸汽過程中產(chǎn)生的冷凝水的汽水分離器旁路502，汽水分離器旁路502上布置有第四截止閥501；所述儲(chǔ)氣罐7設(shè)置有用于調(diào)節(jié)流量、事故和緊急工況下排出儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體的儲(chǔ)氣罐旁路702，儲(chǔ)氣罐旁路702上布置有第八截止閥701。
[0019]所述實(shí)驗(yàn)水箱9前后面均為可視化窗口，由透明玻璃板材料制成，方便觀測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，兩側(cè)和底面及框架為鋼制材料，頂部有開口。
[0020]所述實(shí)驗(yàn)噴嘴12包括一段長(zhǎng)度為10倍管徑直管段，防止管道突縮的影響，所述實(shí)驗(yàn)噴嘴12為直管段噴嘴、音速噴嘴或超音速噴嘴，所述實(shí)驗(yàn)噴嘴12截面為圓形或矩形，所述實(shí)驗(yàn)噴嘴12可設(shè)置單個(gè)或多個(gè)出氣口。
[0021]所述三維移動(dòng)支架16由x軸滑塊1601、y軸滑塊1602、x軸軌道1603、y軸軌道1604和z軸軌道1605組成，所述x軸滑塊1601和y軸滑塊1602由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，x軸滑塊1601能沿x軸軌道1603滑動(dòng)和在任意位置停止并固定，y軸滑塊1602能沿y軸軌道1604滑動(dòng)和在任意位置停止并固定，z軸軌道1605穿過y軸滑塊1602并被固定，且固定位置在z軸軌道1605長(zhǎng)度范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)；
[0022]所述三維移動(dòng)支架16的z軸軌道1605上布置有固定裝置1606，將高頻動(dòng)態(tài)壓力傳感器13、溫度探測(cè)桿14和水聽器15通過固定裝置1606與z軸軌道1605連接，通過調(diào)整固定裝置1606的位置來調(diào)整高頻動(dòng)態(tài)壓力傳感器13、溫度探測(cè)桿14和水聽器15在z軸軌道1605上的固定位置。
[0023]所述溫度探測(cè)桿14由熱電偶和固定桿組成，熱電偶在固定桿上非均勻分布，靠近
實(shí)驗(yàn)噴嘴出口一側(cè)的熱電偶分布較密，以捕捉蒸汽在離開噴嘴進(jìn)入冷凝水后溫度梯度的迅速變化。
[0024]所述的一種蒸汽直接接觸冷凝過程多場(chǎng)耦合研究實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，開啟鍋爐4，設(shè)定工況壓力，當(dāng)鍋爐4達(dá)到額定壓力時(shí)，將蒸汽通入蒸汽管道1，排出管道中積存的不凝性氣體，蒸汽在經(jīng)過汽水分離器5時(shí)會(huì)被干燥；
[0025]開啟不凝性氣體壓縮機(jī)6，設(shè)定工作壓力，將壓縮不凝性氣體通入儲(chǔ)氣罐7中，開啟不凝性氣體加熱器8進(jìn)行預(yù)熱，儲(chǔ)氣罐7中壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，將不凝性氣體通入不凝性氣體供應(yīng)管道2，和蒸汽在混合氣體供應(yīng)管道3中混合充分并通入實(shí)驗(yàn)水箱9，調(diào)節(jié)蒸汽和不凝性氣體流量到設(shè)定值；
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種蒸汽直接接觸冷凝過程多場(chǎng)耦合研究實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：包括蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)、不凝性氣體供應(yīng)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)水箱和數(shù)據(jù)測(cè)量采集系統(tǒng)；所述蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)包括依次連接的鍋爐(4)、蒸汽供應(yīng)管道(1)、汽水分離器(5)、第一截止閥(101)、蒸汽質(zhì)量流量計(jì)(102)、蒸汽流量調(diào)節(jié)閥(103)、蒸汽管道止回閥(104)、蒸汽壓力測(cè)量計(jì)(105)和蒸汽溫度測(cè)量計(jì)(106)；所述鍋爐(4)與汽水分離器(5)連接，之間布置有第三截止閥(403)；所述汽水分離器(5)與蒸汽供應(yīng)管道(1)連接；所述不凝性氣體供應(yīng)系統(tǒng)包括依次連接的不凝性氣體供應(yīng)管道(2)、不凝性氣體壓縮機(jī)(6)、儲(chǔ)氣罐(7)、第五截止閥(201)、不凝性氣體加熱器(8)、第六截止閥(202)、不凝性氣體質(zhì)量流量計(jì)(203)、不凝性氣體流量調(diào)節(jié)閥(204)、不凝性氣體管道止回閥(205)、不凝性氣體溫度測(cè)量計(jì)(206)和不凝性氣體壓力測(cè)量計(jì)(207)；所述不凝性氣體壓縮機(jī)(6)與儲(chǔ)氣罐(7)之間布置有第七截止閥(601)；所述儲(chǔ)氣罐(7)與不凝性氣體供應(yīng)管道(2)連接；所述不凝性氣體加熱器(8)布置在不凝性氣體供應(yīng)管道(2)上，用于加熱不凝性氣體，防止不凝性氣體對(duì)蒸汽的提前冷凝；所述蒸汽供應(yīng)管道(1)與所述不凝性氣體供應(yīng)管道(2)末端均通入氣體攪渾罐(19)，氣體攪渾后從氣體攪渾罐(19)流出進(jìn)入混合氣體供應(yīng)管道(3)，混合氣體供應(yīng)管道(3)上設(shè)置混合氣體壓力測(cè)量計(jì)(301)和混合氣體溫度測(cè)量計(jì)(302)；所述實(shí)驗(yàn)水箱(9)由透明材料制成，內(nèi)部布置有三維移動(dòng)支架(16)，實(shí)驗(yàn)水箱(9)內(nèi)布置有水箱內(nèi)溫度測(cè)量裝置(11)，用于檢測(cè)水箱內(nèi)溫度，實(shí)驗(yàn)水箱(9)頂部連接有給水管道(902)和第九截止閥(901)，用于冷凝水的補(bǔ)充，實(shí)驗(yàn)水箱(9)側(cè)面設(shè)有溢流管道(904)和第十截止閥(903)，用于冷凝水的排出；所述實(shí)驗(yàn)水箱(9)側(cè)面布置有實(shí)驗(yàn)噴嘴(12)，實(shí)驗(yàn)噴嘴(12)與混合氣體管道(3)連接，所述實(shí)驗(yàn)噴嘴(12)上布置有加速度計(jì)(17)，用于測(cè)量試驗(yàn)時(shí)噴嘴的振動(dòng)加速度；所述數(shù)據(jù)測(cè)量采集系統(tǒng)由配備對(duì)應(yīng)采集卡的數(shù)據(jù)采集設(shè)備(10)、高速攝像機(jī)(18)和連接各個(gè)測(cè)量設(shè)備的數(shù)據(jù)連接線組成，配備對(duì)應(yīng)采集卡的數(shù)據(jù)采集設(shè)備(10)通過數(shù)據(jù)連接線與蒸汽質(zhì)量流量計(jì)(102)、蒸汽壓力測(cè)量計(jì)(105)、蒸汽溫度測(cè)量計(jì)(106)、不凝性氣體質(zhì)量流量計(jì)(203)、不凝性氣體溫度測(cè)量計(jì)(206)、不凝性氣體壓力測(cè)量計(jì)(207)、混合氣體壓力測(cè)量計(jì)(301)、混合氣體溫度測(cè)量計(jì)(302)、水箱內(nèi)溫度測(cè)量裝置(11)、高頻動(dòng)態(tài)壓力傳感器(13)、溫度探測(cè)桿(14)、水聽器(15)、加速度計(jì)(17)和高速攝像機(jī)(18)連接，完成實(shí)驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù)采集；所述高速攝像機(jī)(18)布置在實(shí)驗(yàn)水箱(9)外，通過實(shí)驗(yàn)水箱(9)的可視化窗口拍攝分析蒸汽冷凝的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽直接接觸冷凝過程多場(chǎng)耦合研究實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述不凝性氣體為空氣。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽直接接觸冷凝過程多場(chǎng)耦合研究實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述鍋爐(4)設(shè)置有用于調(diào)節(jié)蒸汽流量、事故和緊急情況下排出蒸汽的鍋爐旁路(402)，鍋爐旁路(402)上布置有第二截止閥(401)；所述汽水分離器(5)設(shè)置有用于排出干燥蒸汽過程中產(chǎn)生的冷凝水的汽水分離器旁路(502)，汽水分離器旁路(502)上布置有第四
截止閥(501)；所述儲(chǔ)氣罐(7)設(shè)置有用于調(diào)節(jié)流量、事故和緊急工況下排出儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體的儲(chǔ)氣罐旁路(702)，儲(chǔ)氣罐旁路(702)上布置有第八截止閥(701)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽直接接觸冷凝過程多場(chǎng)耦合研究實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)水箱(9)前后面均為可視化窗口，由透明玻璃板材料制成，方便觀測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，兩側(cè)和底面及框架為鋼制材料，頂部有開口。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽直接接觸冷凝過程多場(chǎng)耦合研究實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)噴嘴(12)包括一段長(zhǎng)度為10倍管徑直管段，防止管道突縮的影響，所述實(shí)驗(yàn)噴嘴(12)為直管段噴嘴、音速噴嘴或超音速噴嘴，所述實(shí)驗(yàn)噴嘴(12)截面為圓形或矩形，所述實(shí)驗(yàn)噴嘴(12)可設(shè)置單個(gè)或多個(gè)出氣口。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽直接接觸冷凝過程多場(chǎng)耦合研究實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述三維移動(dòng)支架(16)由x軸滑塊(1601)、y軸滑塊(1602)、x軸軌道(1603)、y軸軌道(1604)和z軸軌道(1605)組成，所述x軸滑塊(1601)和y軸滑塊(1602)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，x軸滑塊(1601)能沿x軸軌道(1603)滑動(dòng)和在任意位置停止并固定，y軸滑塊(1602)能沿y軸軌道(1604)滑動(dòng)和在任意位置停止并固定，z軸軌道(1605)穿過y軸滑塊(16...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：田文喜，張吉，王明軍，蘇光輝，秋穗正，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：