CN104019955A - 管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统及模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统，包括有开环风路系统和闭环水路系统；开环风路系统包括有通过换热管依次连接的变频风机、流量计、电加热箱、模拟装置内的蒸发器及尾气处理设备；闭环水路系统，由高温循环机、模拟装置内的冷凝器、热电偶及冷却装置通过循环水管按水流方向依次连接构成闭合回路。本发明还公开了利用管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统模拟管壳式蒸汽发生器气液两相流的方法。本发明的管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统及模拟方法为研究管壳式蒸汽发生器汽液两相流机理提供了便利。
Description
技术领域
本发明属于烟气余热利用设备及方法技术领域，具体涉及一种管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统及模拟方法。
背景技术
管壳式蒸汽发生器作为余热回收的重要技术手段，在世界范围内均得到广泛运用。例如：冶金炉、加热炉、工业窑炉、燃料气化装置等，都有大量余热利用需求，而管壳式蒸汽发生器却发挥极其巨大作用。但是，由于余热蒸汽锅炉管程高温烟气温度高，流量大，高温气体直接冲刷换热管与管板焊缝，易导致换热管束与管板连接接头出现高温氧化和开裂泄漏，从而降低其使用寿命。究其根本，换热管束与管板连接接头部位的物理、化学、力学环境等外因通过材料、结构和工艺等内因的协同作用是导致其开裂泄漏的关键原因。而由于对余热设备壳侧汽液两相流的研究不透彻而导致的设计不合理，所诱发的换热管外汽水混合物流动不畅，汽泡滞留于管壁和换热管与管板的连接处的现象，引起了换热管束的传热恶化，从而提高了换热管束与管板连接处的热负荷，加剧了其环境的恶劣程度，更增加了出现裂纹和高温腐蚀的可能性，最终缩短余热设备的使用寿命。
由于管壳式蒸汽发生器复杂的两相特征，气液两相流动状态同时冲刷密排换热管组；同时，气液两相流动时相互转变状态。常规的气液两相管流机理主要借助于物理模拟及数值模拟的方法。
对于管壳式蒸汽发生器复杂的轨迹特征及相变特征，目前相关行业常用的管流数值模拟软件无法实现准确模拟，只有借助于物理模拟手段。
文献调研结果表明，目前大量关于气液两相流物理模拟均采用不透明或常压冷态试验装置，无法真实模拟和准确测量类似于管壳式蒸汽发生器复杂的气液两相管流特征。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统，不仅操作方便，而且具有管壳式蒸汽发生器复杂的轨迹特征及相变特征，为研究管壳式蒸汽发生器汽液两相流机理提供了便利。
本发明的另一目的在于提供利用管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统模拟管壳式蒸汽发生器汽液两相流的方法，能准确认识不同热流密度梯度、压力条件和设备结构下的汽液两相流特征，为实际设备的设计和生产提供重要指导性意见。
本发明所采用的技术方案是：
管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统，包括有开环风路系统和闭环水路系统；开环风路系统，包括有通过风道依次连接的变频风机、流量计、电加热箱、模拟装置内的蒸发器及尾气处理设备，变频风机连接于风道的一端，尾气处理设备连接于风道的另一端；闭环水路系统，由高温循环机、模拟装置内的冷凝器、热电偶及冷却装置通过循环水管按水流方向依次连接构成闭合回路。
本发明的特点还在于：
所述电加热箱外接有温度控制柜；尾气处理设备内设置有测温元件；高温循环机为加热器和水泵的一体化设备。
所述测温元件为热电偶或热电阻。
所述模拟装置包括冷凝器和平行设置于冷凝器下方的蒸发器，冷凝器和蒸发器之间由上升管组和下降管组密闭相连。
所述冷凝器包括透明冷凝器壳体，透明冷凝器壳体为水平设置的圆柱体，所述透明冷凝器壳体左、右相对的两端面内侧均内嵌密封有小管板，透明冷凝器壳体内水平设置冷凝管束，冷凝管束的两端分别焊接于两侧的小管板上，小管板上覆盖冷凝管束端部的位置处焊接有集水器，一侧的小管板上还分别焊接有气口和进水接口；
所述蒸发器包括透明蒸发器壳体，透明蒸发器壳体为水平设置的圆柱体，透明蒸发器壳体左、右相对的两端面内侧分别内嵌密封有大管板，透明蒸发器壳体内水平设置有蒸发管束，蒸发管束的两端分别与两侧的大管板焊接，透明蒸发器壳体一端的大管板上覆盖蒸发管束端部的位置处焊接有进口法兰件，透明蒸发器壳体另一端的大管板上覆盖蒸发管束端部的位置处焊接有出口法兰件，蒸发管束下方对应的透明蒸发器壳体上设置有压力测口1#组；
所述压力测口1#组由多个口径相同的1#压力测口组成，沿出口法兰件到进口法兰件的方向，相邻两个1#压力测口之间的距离依次减小。
所述冷凝管束由9根光管或9根波节管组成。
所述上升管组由多根管径不同、高度相同的管道组成，管道按烟气方向依次排列且管道的管径依次减小，相邻两管道之间的距离依次增大；
所述上升管组的上端均以插入式胶接于所述透明冷凝器壳体下端，且胶接处一侧均设置有3#压力测口；多个3#压力测口组成压力测口3#组，上升管组的下端均与所述透明蒸发器壳体上端的内壁齐平胶接，且胶接处一侧均设置有2#压力测口，多个2#压力测口组成压力测口2#组；
所述下降管组由多根管径相同的弯曲管道组成，下降管组的上端与透明冷凝器壳体下端的内壁齐平胶接，下降管组的下端与透明蒸发器壳体下端的内壁齐平胶接。
所述上升管组由多根管径不同、高度相同的管道组成，管道按水流方向依次排列且管道的管径依次增大，相邻两管道之间的距离依次增大。
所述上升管组与所述下降管组相间排布。
所述上升管组与下降管组均为透明管。
本发明的管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统的模拟方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、向模拟装置内冷凝器的进水接口内注入去离子水，并使注入模拟装置内的水位超过下降管组的上端；
步骤2、经步骤1后，由模拟装置内冷凝器的气口向模拟装置内部充气或抽气，使模拟装置内满足带压条件，模拟装置内的相对压力可在-70Kpa～20Kpa范围内变动；
步骤3、经步骤2调节好模拟装置后，由蒸发器的进口法兰件和出口法兰件相互配合，将蒸发器连接于温度控制柜与尾气处理装置之间，形成开环风路系统；
步骤4、经步骤3连接好开环风路系统后，打开高温循环机和冷却装置，开启闭环水路系统；
步骤5、经步骤4开启闭环水路系统后，打开开环风路系统中的变频风机，调节开环风路系统的风量，通过温度控制柜调节开环风路系统中模拟装置的进口风温，开环风路系统的风量为600m3/h～1200m3/h范围内变动，进风温度为120℃～400℃范围内变动；
步骤6、调节高温循环机，改变模拟装置的进口水温和水量，待蒸发器和冷凝器达到热量平衡；
步骤7、经步骤6，通过测量仪器将测量得到的数据记录到计算机上，具体测量仪器测量的数据如下：
运用PIV测量模拟装置的壳侧汽液两相流速度场分布特征；
运用红外热像仪测量模拟装置的蒸发管束的温度梯度；
运用压力测量仪测量模拟装置的压力测口1#组、压力测口2#组和压力测口3#组之间的压降；
步骤8、重复步骤5～步骤7，直至满足多种热流密度梯度下研究汽液两相流过程；
步骤9、重复步骤2～步骤8，直至满足多种压力条件下研究汽液两相流过程；
步骤10、最后将测量得到的数据保存到计算机，并做好备份；关闭所有设备，试验结束。
和现有技术相比较，本发明的有益效果是：
(1)本发明管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统为热态系统，真实模拟管壳式蒸汽发生器运行时汽液两相的相变状态，使测量结果真实、准确。
(2)区别以往模拟系统，本发明管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统中的模拟装置由流经换热管内的热风加热，使模拟装置壳侧沿烟气方向具有热流密度梯度，与实际设备的壳侧工质具有一致的动力场，真实模拟管壳式蒸汽发生器的实际运行情况。
(3)本发明管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统，通过改变蒸发器的进口热风温度及流量参数，便可控制热风与模拟装置汽液两相的传热热流密度，使之与所模拟的蒸汽发生器各段传热热流密度一致，真实还原设备的实际工作状态，试验结果真实可靠，独具参考意义和实用价值。
(4)本发明管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统中，开环风路系统的吸热量由闭环水路系统带走，模拟过程中模拟装置壳侧工质不流失、不损耗，在模拟装置壳内密闭循环，不仅保证模拟装置的密封条件，而且在简化试验系统结构同时节省了开支。
(5)本发明管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统中的模拟装置，其蒸发器壳体、冷凝器壳体、上升管组、下降管组均采用透明耐热材料，易于清晰观察、准确测量模拟装置壳侧汽液两相流的动力场和温度场。
(6)本发明管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统中的模拟装置，其内部密闭以满足模拟试验过程的带压条件，使模拟结果更加真实及可靠。
(7)本发明管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统中的模拟装置，其下方的蒸发器和上方的冷凝器之间采用上升管组与下降管组密封胶连接，拆卸简单方便；只需更换下方的蒸发器，本发明中的模拟装置便可用于预测不同管排布方式、管间距以及管径等不同结构的蒸汽发生器运行时的汽液两相温度场及动力场；只需改变上升管组和下降管组尺寸，本发明中的模拟装置即可用于预测蒸汽发生器以不同循环动力运行时的汽液两相温度场及动力场。
(8)本发明管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统中的模拟装置即经济又可靠，不仅功能强大而且应用广泛。
附图说明
图1是本发明管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统的结构示意图。
图2是本发明管壳式蒸汽发生器汽液两相流系统中模拟装置的结构示意图。
图中，01.变频风机，02.流量计，03.电加热箱，04.温度控制柜，05.模拟装置，06.尾气处理装置，07.风道，08.冷却装置，09.高温循环机，010.热电偶，011.循环水管，A.冷凝器，B.蒸发器，1.进口法兰件，2.大管板，3.蒸发管束，4.出口法兰件，5.集水器，6.小管板，7.冷凝管束，8.气口，9.进水接口，10.透明蒸发器壳体，11.上升管组，12.透明冷凝器壳体，13.下降管组，14.压力测口3#组，15.压力测口2#组，16.压力测口1#组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统，其结构如图1所示，包括开环风路系统和闭环水路系统；开环风路系统包括通过风道07依次连接的变频风机01、流量计02、电加热箱03、模拟装置05内的蒸发器B及尾气处理设备06，变频风机01连接于风道07的一端，尾气处理设备06连接于风道07的另一端；闭环水路系统为由高温循环机09、模拟装置05内的冷凝器A、热电偶010及冷却装置08通过循环水管011按水流方向依次连接构成闭合回路，冷凝器A的出水端与冷却装置08的进水端之间设置有热电偶010，冷凝器A的进水端与冷却装置08的出水端之间设置有高温循环机09。
开环风路系统内的电加热箱03外接有温度控制柜04，用于设定和测量热风温度；尾气处理设备06内设置有测温元件。
闭环水路系统和开环风路系统的结合是通过模拟装置05中连接闭环水路系统的冷凝器A和连接开环风路系统的蒸发器B之间的上升管组11和下降管组13实现的。
模拟装置05，其结构如图2所示，包括有冷凝器A和平行设置于冷凝器A下方的蒸发器B，冷凝器A和蒸发器B之间由上升管组11和下降管组13密闭相连。
冷凝器A，包括有透明冷凝器壳体12，透明冷凝器壳体12为水平设置的圆柱体，透明冷凝器壳体12左、右相对的两端面内侧均内嵌密封有小管板6，透明冷凝器壳体12内水平设置冷凝管束7，冷凝管束7的两端分别焊接于两侧的小管板6上，小管板6上覆盖冷凝管束7端部的位置处焊接有集水器5，一侧的小管板6上还分别焊接有气口8和进水接口9。
蒸发器B，包括有透明蒸发器壳体10，透明蒸发器壳体10为水平设置的圆柱体，透明蒸发器壳体10左、右相对的两端面内侧分别内嵌密封有大管板2，透明蒸发器壳体10内水平设置有蒸发管束3，蒸发管束3的两端分别与两侧的大管板2焊接，透明蒸发器壳体10一端的大管板2上覆盖蒸发管束3端部的位置处焊接有进口法兰件1，透明蒸发器壳体10另一端的大管板2上覆盖蒸发管束3端部的位置处焊接有出口法兰件4，蒸发管束3的正下方对应的透明蒸发器壳体10上设置有压力测口1#组16；压力测口1#组16由多个口径相同的1#压力测口组成，沿出口法兰件4到进口法兰件1的方向，相邻两个1#压力测口之间的距离依次减小。
上升管组11由多根管径不同、高度相同的管道组成，管道按烟气方向依次排列且管道的管径依次减小，相邻两管道之间的距离依次增大；上升管组11的上端均以插入式胶接于透明冷凝器壳体12下端，且靠近胶接处一侧的管道上均设置有3#压力测口；多个3#压力测口组成压力测口3#组14，上升管组11的下端均与透明蒸发器壳体10上端的内壁齐平胶接，且靠近胶接处一侧的管道上均设置有2#压力测口；多个2#压力测口组成压力测口2#组15；下降管组13由多根管径相同的弯曲管道组成，下降管组13的上端与透明冷凝器壳体12下端的内壁齐平胶接，下降管组13的下端与透明蒸发器壳体10下端的内壁齐平胶接；上升管组11与下降管组13相间排布并采用透明管。
本发明管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统的模拟方法，其工作原理为：将密封好的具有一定管排布方式、管外径以及管间距的蒸发器B与密封好的冷凝器A通过一定尺寸和管型的上升管组11和下降管组13密封胶连；运用PIV测量模拟装置05的壳侧汽液两相流速度场分布特征，运用高速照相机记录模拟装置05的壳侧汽液两相流流型，运用红外热像仪测量模拟装置05内换热管束的温度梯度，运用压力测量仪测量模拟装置05的压力测口1#组16、压力测口2#组15和压力测口3#组14之间的压降；根据研究需要，通过变频风机01和温度控制柜04改变开环风路系统进入模拟装置05内的蒸发器B的热风温度和流量，满足多种热流密度梯度下研究汽液两相流过程的需要。
本发明管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统的模拟方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、向模拟装置05内冷凝器A的进水接口9内注入去离子水，并使注入模拟装置05内的水位超过下降管组13上端；
步骤2、经步骤1后，由模拟装置05内冷凝器A的气口8向模拟装置05内部充气或抽气，使模拟装置05内满足带压条件，根据工况，模拟装置05内的相对压力可在-70Kpa～20Kpa范围内变动；
步骤3、经步骤2调节好模拟装置05后，由蒸发器B的进口法兰件1和出口法兰件4相互配合，将蒸发器B连接于温度控制柜04与尾气处理装置06之间，形成开环风路系统；
步骤4、经步骤3连接好开环风路系统后，打开高温循环机09和冷却装置08，开启闭环水路系统；
步骤5、经步骤4开启闭环水路系统后，打开开环风路系统中的变频风机01，调节开环风路系统的风量，通过温度控制柜04调节开环风路系统中模拟装置05的进口风温，根据工况要求开环风路系统的风量为600m3/h～1200m3/h范围内变动，进风温度为120℃～400℃范围内变动；
步骤6、调节高温循环机09，改变模拟装置05的进口水温和水量，待蒸发器B和冷凝器A达到热量平衡；
步骤7、经步骤6，通过测量仪器将测量得到的数据记录到计算机上，具体测量仪器测量的数据如下：
运用PIV测量模拟装置05的壳侧汽液两相流速度场分布特征；
运用红外热像仪测量模拟装置05的蒸发器B内蒸发管束3的温度梯度；
运用压力测量仪测量模拟装置05的压力测口1#组16、压力测口2#组15和压力测口3#组14之间的压降；
步骤8、重复步骤5～步骤7，直至满足多种热流密度梯度下研究汽液两相流过程；
步骤9、重复步骤2～步骤8，直至满足多种压力条件下研究汽液两相流过程；
步骤10、最后将测量得到的数据保存到计算机，并做好备份；关闭所有设备，试验结束。
术语解释：
PIV：Particle Image Velocimetry，又称粒子图像测速法，是一种瞬态、多点、无接触式的激光流体力学测速方法，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。
红外热像仪：是利用热成像技术，以可见热图显示被测目标温度及其分布的装置。
实施例1：
管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统，包括有开环风路系统和闭环水路系统，开环风路系统包括开环风路系统和闭环水路系统；开环风路系统，包括通过风道07依次连接的变频风机01、流量计02、电加热箱03、模拟装置05内的蒸发器B及尾气处理设备06，变频风机01连接于风道07的一端，流量计02设置于变频风机01和电加热箱03之间，电加热箱03的出风口与蒸发器B的进风口连接，蒸发器B的出风口与尾气处理设备06连接尾气处理设备06连接于风道07的另一端；闭环水路系统，由高温循环机09、模拟装置05内的冷凝器A、热电偶010及冷却装置08通过循环水管011按水流方向依次连接构成闭合回路，冷凝器A的出水端与冷却装置08的进水端之间设置有热电偶010，冷凝器A的进水端与冷却装置08的出水端之间设置有高温循环机09。
高温循环机09为加热器和水泵的一体化设备，也可分开逐一替代；电加热箱03设置有温度控制柜04，用于设定和测量热风温度，尾气处理设备06设有测温元件，优选的测温元件为热电偶或热电阻。
开环风路系统和闭环水路系统在模拟系统中的结合是通过模拟装置05中连接闭环水路系统的冷凝器A和连接开环风路系统的蒸发器B之间的上升管组11和下降管组13实现的。
实施例2：
模拟装置05，包括有冷凝器A和平行设置于冷凝器A下方的蒸发器B，冷凝器A和蒸发器B之间由上升管组11和下降管组13密闭相连。
冷凝器A，包括有透明冷凝器壳体12，透明冷凝器壳体12为水平设置的圆柱体，透明冷凝器壳体12左、右相对的两端面内侧均内嵌密封有小管板6，透明冷凝器壳体12内水平设置冷凝管束7，冷凝管束7的两端分别焊接于两侧的小管板6上，小管板6上覆盖冷凝管束7端部的位置处焊接有集水器5，一侧的小管板6上还分别焊接有气口8和进水接口9。
蒸发器B，包括有透明蒸发器壳体10，透明蒸发器壳体10为水平设置的圆柱体，透明蒸发器壳体10左、右相对的两端面内侧分别内嵌密封有大管板2，透明蒸发器壳体10内水平设置有蒸发管束3，蒸发管束3的两端分别与两侧的大管板2焊接，透明蒸发器壳体10一端的大管板2上覆盖蒸发管束3端部的位置处焊接有进口法兰件1，透明蒸发器壳体10另一端的大管板2上覆盖蒸发管束3端部的位置处焊接有出口法兰件4，蒸发管束3的正下方对应的透明蒸发器壳体10上设置有压力测口1#组16；压力测口1#组16由多个口径相同的1#压力测口组成，沿出口法兰件4到进口法兰件1的方向，相邻两个1#压力测口之间的距离依次减小。
上升管组11由多根管径不同、高度相同的管道组成，管道按烟气方向依次排列且管道的管径依次减小，相邻两管道之间的距离依次增大；上升管组11的上端均以插入式胶接于透明冷凝器壳体12下端，且胶接处一侧均设置有3#压力测口；多个3#压力测口组成压力测口3#组14，上升管组11的下端均与透明蒸发器壳体10上端的内壁齐平胶接，且胶接处一侧均设置有2#压力测口；多个2#压力测口组成压力测口2#组15；下降管组13由多根管径相同的弯曲管道组成，下降管组13的上端与透明冷凝器壳体12下端的内壁齐平胶接，下降管组13的下端与透明蒸发器壳体10下端的内壁齐平胶接；上升管组11与下降管组13相间排布并采用透明管。
冷凝管束7优选为9根管，采用光管或波节管；上升管组11和下降管组13均采用与透明蒸发器壳体10和透明冷凝器壳体12相同的透明材料，并与其胶接密封；采用透明PC塑料，也可采用亚克力或特种耐高温有机玻璃。
实施例3：
根据研究需要，将密封好的具有一定管排布方式、管外径以及管间距的蒸发器B与密封好的冷凝器A通过一定尺寸和管型的上升管组11和下降管组13密封胶联；运用PIV测量所述模拟装置的壳侧汽液两相流速度场分布特征，运用高速照相机记录所述模拟装置的壳侧汽液两相流流型，运用红外热像仪测量所述模拟装置的换热管束3的温度梯度，运用压力测量仪测量所述模拟装置的压力测口1#组16、压力测口2#组15和压力测口3#组14之间的压降；根据研究需要，通过变频风机01和温度控制柜04改变开环风路系统进入所述模拟装置的蒸发器B的热风温度和流量，满足多种热流密度梯度下研究汽液两相流过程的需要；实施过程为：
将密封好的具有一定管排布方式、管外径以及管间距的蒸发器B与密封好的冷凝器A通过一定尺寸和管型的上升管组11和下降管组13密封胶连；运用PIV测量模拟装置05的壳侧汽液两相流速度场分布特征，运用高速照相机记录模拟装置05的壳侧汽液两相流流型，运用红外热像仪测量模拟装置05内换热管束3的温度梯度，运用压力测量仪测量模拟装置05的压力测口1#组16、压力测口2#组15和压力测口3#组14之间的压降；根据研究需要，通过变频风机01和温度控制柜04改变开环风路系统进入模拟装置05内的蒸发器B的热风温度和流量，满足多种热流密度梯度下研究汽液两相流过程的需要。
本发明管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统的模拟方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、向模拟装置05内冷凝器A的进水接口9内注入去离子水，并使注入模拟装置05内的水位超过下降管组13上端；
步骤2、经步骤1后，由模拟装置05内冷凝器A的气口8向模拟装置05内部抽气，使模拟装置05内满足真空条件，根据工况，模拟装置05内的相对压力可达到-50Kpa；
步骤3、经步骤2调节好的模拟装置05后，由蒸发器B的进口法兰件1和出口法兰件4相互配合，将蒸发器B连接于温度控制柜04与尾气处理装置06之间，形成开环风路系统；
步骤4、经步骤3连接好开环风路系统后，打开高温循环机09和冷却装置08，开启闭环水路系统；
步骤5、经步骤4开启闭环水路系统后，打开开环风路系统中的变频风机01，调节开环风路系统的风量，通过温度控制柜04调节开环风路系统中模拟装置05的进口风温，根据工况要求开环风路系统的风量为1000m3/h范围内变动，进风温度为350℃范围内变动；
步骤6、调节高温循环机09，改变模拟装置05的进口水温和水量，待蒸发器B和冷凝器A达到热量平衡；
步骤7、经步骤6，通过测量仪器将测量得到的数据记录到计算机上，具体测量仪器测量的数据如下：
运用PIV测量模拟装置05的壳侧汽液两相流速度场分布特征；
运用红外热像仪测量模拟装置05的蒸发器B内蒸发管束3的温度梯度；
运用压力测量仪测量模拟装置05的压力测口1#组16、压力测口2#组15和压力测口3#组14之间的压降；
步骤8、重复步骤5～步骤7，直至满足多种热流密度梯度下研究汽液两相流过程；
步骤9、重复步骤2～步骤8，直至满足多种压力条件下研究汽液两相流过程；
步骤10、最后将测量得到的数据保存到计算机，并做好备份；关闭所有设备，试验结束。
Claims (10)
1.管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统，其特征在于，包括开环风路系统和闭环水路系统；
所述开环风路系统包括通过风道(07)依次连接的变频风机(01)、流量计(02)、电加热箱(03)、模拟装置(05)内的蒸发器(B)及尾气处理设备(06)，所述变频风机(01)连接于风道(07)的一端，所述尾气处理设备(06)连接于风道(07)的另一端；
所述闭环水路系统为由高温循环机(09)、模拟装置(05)内的冷凝器(A)、热电偶(010)及冷却装置(08)通过循环水管(011)按水流方向依次连接构成闭合回路。
2.根据权利要求1所述的管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统，其特征在于，所述电加热箱(03)外接有温度控制柜(04)；
所述尾气处理设备(06)内设置有测温元件；
所述高温循环机(09)为加热器和水泵的一体化设备。
3.根据权利要求2所述的管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统，其特征在于，所述测温元件为热电偶或热电阻。
4.根据权利要求1所述的管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统，其特征在于，所述模拟装置(05)包括冷凝器(A)和平行设置于冷凝器(A)下方的蒸发器(B)，所述冷凝器(A)和蒸发器(B)之间由上升管组(11)和下降管组(13)密闭相连。
5.根据权利要求4所述的管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统，其特征在于，所述冷凝器(A)包括透明冷凝器壳体(12)，所述透明冷凝器壳体(12)为水平设置的圆柱体，所述透明冷凝器壳体(12)左、右相对的两端面内侧均内嵌密封有小管板(6)，所述透明冷凝器壳体(12)内水平设置冷凝管束(7)，所述冷凝管束(7)的两端分别焊接于两侧的小管板(6)上，所述小管板(6)上覆盖冷凝管束(7)端部的位置处焊接有集水器(5)，一侧的小管板(6)上还分别焊接有气口(8)和进水接口(9)；
所述蒸发器(B)包括透明蒸发器壳体(10)，所述透明蒸发器壳体(10)为水平设置的圆柱体，所述透明蒸发器壳体(10)左、右相对的两端面内侧分别内嵌密封有大管板(2)，所述透明蒸发器壳体(10)内水平设置有蒸发管束(3)，所述蒸发管束(3)的两端分别与两侧的大管板(2)焊接，所述透明蒸发器壳体(10)一端的大管板(2)上覆盖蒸发管束(3)端部的位置处焊接有进口法兰件(1)，所述透明蒸发器壳体(10)另一端的大管板(2)上覆盖蒸发管束(3)端部的位置处焊接有出口法兰件(4)，所述蒸发管束(3)下方对应的透明蒸发器壳体(10)上设置有压力测口1#组(16)；
所述压力测口1#组(16)由多个口径相同的1#压力测口组成，沿出口法兰件(4)到进口法兰件(1)的方向，相邻两个1#压力测口之间的距离依次减小。
6.根据权利要求5所述的管壳式蒸汽发生器汽液两相流模拟系统，其特征在于，所述冷凝管束(7)由9根光管或9根波节管组成。
7.根据权利要求5所述的管壳式蒸汽发生器汽液两相流的模拟系统，其特征在于，所述上升管组(11)由多根管径不同、高度相同的管道组成，管道按烟气方向依次排列且管道的管径依次减小，相邻两管道之间的距离依次增大；
所述上升管组(11)的上端均以插入式胶接于所述透明冷凝器壳体(12)下端，且胶接处一侧均设置有3#压力测口；多个3#压力测口组成压力测口3#组(14)，所述上升管组(11)的下端均与所述透明蒸发器壳体(10)上端的内壁齐平胶接，且胶接处一侧均设置有2#压力测口，多个2#压力测口组成压力测口2#组(15)；
所述下降管组(13)由多根管径相同的弯曲管道组成，所述下降管组(13)的上端与所述透明冷凝器壳体(12)下端的内壁齐平胶接，所述下降管组(13)的下端与透明蒸发器壳体(10)下端的内壁齐平胶接。
8.根据权利要求7所述的管壳式蒸汽发生器气液两相流的模拟系统，其特征在于，所述上升管组(11)与所述下降管组(13)相间排布。
9.根据权利要求5、7或8所述的管壳式蒸汽发生器气液两相流的模拟系统，其特征在于，所述上升管组(11)与所述下降管组(13)均为透明管。
10.管壳式蒸汽发生器汽液两相流的模拟系统的模拟方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、向模拟装置(05)内冷凝器(A)的进水接口(9)内注入去离子水，并使注入模拟装置(05)内的水位超过下降管组(13)的上端；
步骤2、经步骤1后，由模拟装置(05)内冷凝器(A)的气口(8)向模拟装置(05)内部充气或抽气，使模拟装置(05)内满足带压条件，模拟装置(05)内的相对压力可在-70Kpa～20Kpa范围内变动；
步骤3、经步骤2调节好模拟装置(05)后，由蒸发器(B)的进口法兰件(1)和出口法兰件(4)相互配合，将蒸发器(B)连接于温度控制柜(04)与尾气处理装置(06)之间，形成开环风路系统；
步骤4、经步骤3连接好开环风路系统后，打开高温循环机(09)和冷却装置(08)，开启闭环水路系统；
步骤5、经步骤4开启闭环水路系统后，打开开环风路系统中的变频风机(01)，调节开环风路系统的风量，通过温度控制柜(04)调节开环风路系统中模拟装置(05)的进口风温，开环风路系统的风量为600m3/h～1200m3/h范围内变动，进风温度为120℃～400℃范围内变动；
步骤6、调节高温循环机(09)，改变模拟装置(05)的进口水温和水量，待蒸发器(B)和冷凝器(A)达到热量平衡；
步骤7、经步骤6，通过测量仪器将测量得到的数据记录到计算机上，具体测量仪器测量的数据如下：
运用PIV测量模拟装置(05)的壳侧汽液两相流速度场分布特征；
运用红外热像仪测量模拟装置(05)的蒸发管束(3)的温度梯度；
运用压力测量仪测量模拟装置(05)的压力测口1#组(16)、压力测口2#组(15)和压力测口3#组(14)之间的压降；
步骤8、重复步骤5～步骤7，直至满足多种热流密度梯度下研究汽液两相流过程；
步骤9、重复步骤2～步骤8，直至满足多种压力条件下研究汽液两相流过程；
步骤10、最后将测量得到的数据保存到计算机，并做好备份；关闭所有设备，试验结束。
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