CN103411698A - 一种水平圆管内截面测温结构及其实验方法 - Google Patents

Abstract

一种水平圆管内截面测温结构及其实验方法，其测温结构包括在中空被测圆管横截面的0°、45°、90°、180°、225°和270°处开设的与测温热电偶直径相匹配的六个通孔，插入六个通孔内的测温热电偶，在每个测温热电偶外端设有热电偶卡套，所述热电偶卡套与中空被测圆管的管外壁焊接密封固定；其方法为：首先对测温热电偶进行标定，实验回路运行前，在中空被测圆管外包覆保温棉并辅以外壁加热丝，实验回路运行时，待中空被测圆管内流体流量、压力趋于稳定后，将每个测量热电偶测得的温度通过信息采集板，转化为数字信号显示在计算机中；本发明装置能够承受高压实验工况从而确保运行稳定安全，又能够避免对管内流体流动较大的破坏，同时尽量多的获得界面温度场信息。

Description

一种水平圆管内截面测温结构及其实验方法

技术领域

本发明涉及管内流体测温技术领域，具体涉及一种水平圆管内截面测温结构及其实验方法。

背景技术

两相流动是指固体、液体、气体、三个相中的任何两个相态组合在一起、具有相间界面的流通体系。可以由液体-固体、液体-气体或固体-气体组合构成，是自然界和工业应用中一种常见的流体流动现象。例如：血液流动、彩云漂浮、气体输送、液体沸腾和蒸汽凝结等，都是一些普通的两相流动体系。一切流体在加热或冷却过程中伴随发生相变便会形成两相流动。

水平流动下流场受重力场作用，呈较显著的相分布不均匀性。常见的水平同向流动流型即弥散泡状流、层状流、间歇流和弥散环状流，关于水平流动下的两相流流行分类介绍：

1.弥散泡状流：气泡受浮力影响，弥散在流道顶部。随着流速增大汽泡呈现泡沫状均匀弥散于整个流道。

2.层状流：又可细分为纯层状流和波状层状流。气相在流道上部流动，液相在流道底部流动。纯层状流下，重力使两相完全分离，两相交界面光滑。随着气相流速增大，气液相交界面呈波状，便进入波状层状流。

3.间歇流：间歇流是液相和气相各自呈不同的构形在流道内交替出现。又可细分为塞状流、半弹状流和弹状流。塞状流：气泡呈弹状且偏置于流道顶部流动。弹状流动：液相呈连续相，夹杂有小液滴的气块偏置于流道顶部并与泡沫状液块相间。这两种流型的间歇性都可能导致压力突然变化，引起工程中最感困惑的流道震荡破坏。半弹状流与弹状流的差异仅泡沫状液块界面呈波状且不与流道顶部相接触。

4.弥散环状流：水平弥散环状流的基本特征与垂直流动下的相同。其主要差异是因重力作用液膜厚度周向不均匀，流道底部处膜厚大于顶部处的液膜厚度。一般不出现纯环状流动，气芯中往往夹带着大量弥散液滴。

由于两相流的复杂性，在两相流未饱和前，其流动截面温度场必然会发生温度不均匀分布的现象。故在现代实验研究追求尽善尽美的前提下，一种合理的管内测温装置，能够实现对流场“三维效应”的研究。

例如：中国专利CN2319797公开了一种多点温度传感器,其特征为：套管为不锈钢软管,在套管内的不同高度装有2至20个测温元件,在套管的下端吊挂有重锤。本实用新型的套管可任意弯曲,便于运输和安装,且承受压力可达7MPa,可测量罐体内不同高度的温度,可克服罐内不同液体比重的浮力差异,并能防止飘移,提高测温的准确度。但是，该专利布置方式为垂直布置，且仅能获取不同高度截面的单一温度数据，不具备对管内同一截面不同点温度的测量。又如，中国专利CN201181241一种多点温度传感器,包括设在套管内的测温元件、引线、装在套管上的安装螺母、法兰盘,套管内设有2至25个所述的测温元件,套管为金属材料,测温元件为金属材料的铠装体结构,测温元件的端头没有传感器探头,铠装体结构上的导电器与传感器探头上的导电器相连,传感器探头上设有金属材料制作的保护管,套管的一端设有防爆盒,套管上的安装螺母、法兰盘在套管上的位置可以调节。本实用新型热响应时间短、保护管使用寿命长、无介质渗透的现象、具有防爆功能。但是，该专利未能对两相流中复杂的温度分布进行良好的检测，不具备对管内同一截面不同点温度的测量。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种水平圆管内截面测温结构及其实验方法，本发明结构能够承受高压实验工况从而确保运行稳定安全，又能够避免对管内流体流动较大的破坏，同时尽量多的获得截面温度场信息。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种水平圆管内截面测温结构，包括在中空被测圆管1横截面的0°III、45°II、90°I、180°VI、225°V和270°IV处开设的与测温热电偶2直径相匹配的六个通孔，插入六个通孔内的测温热电偶2，在每个测温热电偶2外端设有热电偶卡套3，所述热电偶卡套3与中空被测圆管1的管外壁焊接密封固定。

所述0°III处的测温热电偶2伸入管内距离为1/4D，45°II处的测温热电偶2伸入管内距离为0.1464D，90°I处的测温热电偶2伸入管内距离为0.1D，180°VI处的测温热电偶2伸入管内距离为0.5D，225°V处的测温热电偶2伸入管内距离为0.1464D，270°IV处的测温热电偶2伸入管内距离为0.1D，其中D为中空被测圆管1的直径。

所述中空被测圆管1的材料为316L耐腐蚀不锈钢，且中空被测圆管1与热电偶卡套3连接处采用氩弧焊焊接。

上述所述的水平圆管内截面测温结构的实验方法，在进行流体实验前，首先对测温热电偶2进行标定，保证实验室误差控制在0.5℃内，实验回路运行前，首先在中空被测圆管1外包覆保温棉进行隔热，并再辅以外壁加热丝，形成实验段相对“绝热”条件，减少流体与管壁面热交换；实验回路运行时，待中空被测圆管1内流体流量、压力趋于稳定后，将每个测量热电偶2测得的温度通过信息采集板，转化为数字信号显示在计算机中。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

1、水平圆管内测温截面布置科学，测温热电偶位于中空被测圆管横截面的0°III、45°II、90°I、180°VI、225°V和270°IV处，能够通过热电偶测得6个点的温度推算出管内同一截面上其他点的合计共11个点的温度，在保证实验段工况运行安全的前提下，较大限度的测量了管内不同截面温度场，为实验提供较准确和充分的数据支持。

2、中空被测圆管采用316L耐腐蚀不锈钢制造，能够进行高温、高压热混合实验，满足蒸汽-水实验要求。

3、测温热电偶与中空被测圆管的管壁热电偶卡套连接，且热电偶卡套与中空被测圆管的管外壁焊接连接，有良好的密封性，使热混合实验安全运行得到保证。

总之，本发明水平圆管内截面测温结构能够有效进行中高压/中低压/常压工况下的单相/两相汽水混合流体热混合实验，能够较准确、有效地收集实验中不同截面温度场分布同时减小测温设备设计难度，流动阻力小，适合于模化验证反应堆ECC安注热混合实验。

附图说明

附图为本发明的水平圆管内截面测温结构剖视图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

如附图所示，本发明一种水平圆管内截面测温结构，包括在中空被测圆管1横截面的0°III、45°II、90°I、180°VI、225°V和270°IV处开设的与测温热电偶2直径相匹配的六个通孔，插入六个通孔内的测温热电偶2，在每个测温热电偶2外端设有热电偶卡套3，所述热电偶卡套3与中空被测圆管1的管外壁焊接密封固定。

作为本发明的优选实施方式，所述0°位置（图中III处）的测温热电偶2伸入管内距离为1/4D，45°（图中II处）的测温热电偶2伸入管内距离为0.1464D，90°（图中I处）的测温热电偶2伸入管内距离为0.1D，180°（图中VI处）的测温热电偶2伸入管内距离为0.5D，225°（图中V处）的测温热电偶2伸入管内距离为0.1464D，270°（图中IV处）的测温热电偶2伸入管内距离为0.1D，其中D为中空被测圆管1的直径。通过热电偶测得6个点的温度推算出管内同一截面上其他点的合计共11个点的温度。

作为本发明的优选实施方式，所述中空被测圆管1的材料为316L耐腐蚀不锈钢，能够进行高温、高压热混合实验，满足蒸汽-水实验要求。

作为本发明的优选实施方式，所述中空被测圆管1与热电偶卡套3连接处采用氩弧焊焊接。使中空被测圆管1有良好的密封性，使热混合实验安全运行得到保证。

本发明一种水平圆管内截面测温结构的实验方法，在进行流体实验前，首先对测温热电偶2进行标定，保证实验室误差控制在0.5℃内，实验回路运行前，首先在中空被测圆管1外包覆保温棉进行隔热，并再辅以外壁加热丝，创造实验段相对“绝热”条件，减少流体与管壁面热交换；实验回路运行时，待中空被测圆管1内流体流量、压力趋于稳定后，将每个测量热电偶2测得的温度通过信息采集板，转化为数字信号显示在计算机中。

根据校核计算，得到管内截面测温装置实验装置主要参数如下：

中空被测圆管的内径D=70㎜，壁厚δ=3㎜，

最高实验流体温度t_in-max≤300℃，

中空被测圆管承压能力≤15MPa，

中空被测圆管可测两相流空泡份额范围0≤α≤1，

中空被测圆管测温截面插入热电偶直径φ=0.5㎜，

设计裕量30%。

根据以上参数，本中空被测圆管可以满足单相实验水流量从0kg/s至0.55kg/s，两相实验水流量从0kg/s至0.55kg/s，汽体流量从0kg/s至0.11kg/s时混合实验要求，且有足够的设计裕量，完全满足了管内两相流截面温度场的检测，适合应用于高压单相流、两相流热混合研究。经过安装使用，其运行稳定性好，完全可以达到设计要求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (4)

1.一种水平圆管内截面测温结构，其特征在于：包括在中空被测圆管（1）横截面的0°（III）、45°（II）、90°（I）、180°（VI）、225°（V）和270°（IV）处开设的与测温热电偶（2）直径相匹配的六个通孔，插入六个通孔内的测温热电偶（2），在每个测温热电偶（2）外端设有热电偶卡套（3），所述热电偶卡套（3）与中空被测圆管（1）的管外壁焊接密封固定。

2.根据权利要求1所述的一种水平圆管内截面测温结构，其特征在于：所述0°（III）处的测温热电偶（2）伸入管内距离为1/4D，45°（II）处的测温热电偶（2）伸入管内距离为0.1464D，90°（I）处的测温热电偶（2）伸入管内距离为0.1D，180°（VI）处的测温热电偶（2）伸入管内距离为0.5D，225°（V）处的测温热电偶（2）伸入管内距离为0.1464D，270°（IV）处的测温热电偶（2）伸入管内距离为0.1D，其中D为中空被测圆管（1）的直径。

3.根据权利要求1所述的一种水平圆管内截面测温结构，其特征在于：所述中空被测圆管（1）的材料为316L耐腐蚀不锈钢，且中空被测圆管（1）与热电偶卡套（3）连接处采用氩弧焊焊接。

4.权利要求1至3任一项所述的水平圆管内截面测温结构的实验方法，其特征在于：在进行流体实验前，首先对测温热电偶（2）进行标定，保证实验室误差控制在0.5℃内，实验回路运行前，首先在中空被测圆管（1）外包覆保温棉进行隔热，并再辅以外壁加热丝，形成实验段相对“绝热”条件，减少流体与管壁面热交换；实验回路运行时，待中空被测圆管（1）内流体流量、压力趋于稳定后，将每个测量热电偶（2）测得的温度通过信息采集板，转化为数字信号显示在计算机中。

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