CN104236851A - 一种用于模拟蒸汽发生器中汽泡行为的可视化实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种用于模拟蒸汽发生器中汽泡行为的可视化实验装置，包括水箱本体、水箱底板、可更换的U型管、气动接头和供气装置，所述水箱本体与水箱底板密封连接，水箱底板的中间位置设置凸台，凸台上设置数量与可更换的U型管数量对应的U型管安装孔，所述U型管安装孔贯穿水箱底板及凸台，可更换的U型管的一端密封插入在下端安装气动接头的U型管安装孔里、另一端插入对应的U型管安装孔里且处于开放状态，所述可更换的U型管壁面钻有气孔，气动接头通过气管与供气装置连接。本发明能实现模拟蒸汽发生器中U型管管壁上汽泡的产生、滑移、聚合等行为，组装方便、气孔孔径可变，应用范围广，研究工况多，经济性及可视化效果好。

Description

一种用于模拟蒸汽发生器中汽泡行为的可视化实验装置

技术领域

本发明涉及一种汽泡行为的可视化实验装置，尤其涉及一种用于模拟蒸汽发生器中汽泡行为的可视化实验装置。

背景技术

在蒸汽发生器中，二回路冷却剂在向上流动的过程中被不断加热，在U型管上端，会有汽泡产生。汽泡的存在对蒸汽发生器内的流动、换热特性都会产生影响。因此，对U蒸汽发生器中的汽泡行为进行研究具有重要的工程意义。目前，国内外学者对蒸汽发生器中的汽泡行为进行了大量的研究：文献“基于两流体模型的蒸汽发生器热工水力数值研究”利用CFD软件对全尺寸蒸汽发生器中的热工水力进行了模拟，包括汽液两相流动沸腾和汽泡迁徙规律，提示了不同工况下蒸汽发生器一、二次侧的汽液两相分布和表面传热系数等关键参数的分布规律；文献“Critical heat flux prediction for water boiling in vertical tubes of a steam generator”利用CFD软件模拟了典型蒸汽发生器运行工况下的沸腾行为，预测了临界热流密度，与实验数据吻合较合。但是，以上文献对蒸汽发生器U型管中汽泡行为的研究主要是利用数值计算手段，在所研究工况范围之外的准确性无法验证，数值模型不具备普遍适用性；而利用实验手段研究蒸汽发生器中汽泡行为成本太高，实现可视化更加困难，尚未检索到相关文献。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种成本低、可视化效果好的用于模拟蒸汽发生器中汽泡行为的可视化实验装置。

本发明的目的是这样实现的：包括水箱本体、水箱底板、可更换的U型管、气动接头和供气装置，所述水箱本体与水箱底板密封连接，水箱底板的中间位置设置凸台，凸台上设置数量与可更换的U型管数量对应的U型管安装孔，所述U型管安装孔贯穿水箱底板及凸台，可更换的U型管的一端密封插入在下端安装气动接头的U型管安装孔里、另一端插入对应的U型管安装孔里且处于开放状态，所述可更换的U型管壁面钻有气孔，气动接头通过气管与供气装置连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述供气装置包括用气管连接的止回阀、玻璃转子气体流量计、流量调节阀和气泵。

2.可更换的U型管数量大于等于两根时，可更换的U型管由小到大、从中间至两端次排列安装，且下端安装气动接头的U型管安装孔依次排列。

3.所述水箱本体、水箱底板和可更换的U型管的材料是透明的有机玻璃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明则利用空气泡模拟蒸汽泡来对蒸汽发生器中U型管上的汽泡行为进行等效模拟，根据所要模拟的蒸汽发生器的大小设置合理尺寸的水箱及可更换的U型管的数量，应用范围广；本发明中的可更换的U型管管壁上不同高度处钻有气孔，气体流经可更换的U型管时，会在气孔处形成气泡，即可以模拟蒸汽发生器中U型管壁面上不同高度的气泡生成、脱离、滑移、聚合等现象；本发明中，可更换的U型管根据需要更换具有不同的气孔位置、气孔数量、气孔尺寸的U型管，模拟工况范围广，经济性好；本发明中的水箱底板可更换，根据可更换的U型管管径、管间距的变化而改变，模拟工况范围广，经济性好；本发明的水箱本体、水箱底板和可更换的U型管的材料是透明的有机玻璃，可视化效果好。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的水箱本体的结构示意图；

图3是本发明的水箱底板的结构示意图；

图4是本发明的可更换的U型管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施案例一：结合图1-图4，本发明包括水箱本体8、水箱底板9、可更换的U型管6、气动接头和供气装置，所述水箱本体8与水箱底板9构成水箱7且水箱本体8与水箱底板9密封连接，也即在水箱本体8与水箱底板9的连接处设置密封圈，保证装置的密封性，在本发明中，水箱本体8的底部无底板，底部边缘处向四周突出，突出部分钻有孔，可以通过螺栓与水箱底板9连接；水箱底板9的中间位置设置凸台10，凸台10上设置数量与可更换的U型管6数量对应的U型管安装孔5，并且U型管安装孔5贯穿水箱底板9及凸台10，可更换的U型管6的一端密封插入在下端安装气动接头的U型管安装孔里、另一端插入对应的U型管安装孔里且处于开放状态，所述可更换的U型管6的壁面钻有气孔11，气动接头通过气管与供气装置连接，可更换的U型管6与U型管安装孔5之间设置密封圈，保证装置的密封性，可更换的U型管6的一端密封插入在下端安装气动接头的U型管安装孔5里是指可更换的U型管6的一端插入到U型管安装孔5里且有气动接头旋入在该U型管安装孔5的下端与可更换的U型管6接触，气动接头下接标准尺寸的气管，气管与供气装置连接，也即气动接头通过气管与供气装置连接。本发明所述的供气装置包括用气管连接的止回阀4、玻璃转子气体流量计3、流量调节阀2和气泵1。

本发明中的水箱本体8、水箱底板9和可更换的U型管6的材料是透明的有机玻璃，实验可视化效果好。

本发明的工作过程是以空气泡模拟蒸汽泡，空气经气泵1流经流量调节阀2、玻璃转子气体流量计3和止回阀4后从U型管安装孔5进入U型管6，水箱7中装载有水，U型管6浸没在水中，可更换的U型管6的管壁上钻有气孔10，止回阀4可阻止水从气孔10进入U型管6，从而进入玻璃转子气体流量计3。空气在流经U型管6时，会在气孔10处形成气泡，当气泡体积增大到一定程度时，便会脱离气孔，进入水中，实现对蒸汽发生器中U型管所产生的汽泡进行模拟，方便对汽泡行为的进一步研究。

本发明的可更换的U型管上可根据需要设置多个尺寸不同的气孔，且多个气孔处在不同的高度，以实现对不同高度及不同大小的汽泡进行模拟。

实施案例二：根据实施案例一所述的一种用于模拟蒸汽发生器中汽泡行为的可视化实验装置，本发明的可更换的U型管6的数量是一根时，可更换的U型管6直接插入到U型管安装孔5里；当可更换的U型管6数量大于等于两根时，可更换的U型管6由小到大、从中间至两端次排列安装，且下端安装气动接头的U型管安装孔5依次排列，也即最小的可更换的U型管安装在最中间位置的两个U型管安装孔里，最大的可更换的U型管安装在最两端的两个U型管安装孔里，按大小排列安装，并且下端安装气动接头的U型管安装孔位于一侧依次排列，另一侧对应的U型管安装孔安装的可更换的U型管则处于开放状态。附图1给出的是具有三个可更换的U型管，对应的U型管安装孔有六个、气动接头及供气装置分别有三个的一种实验装置。而在使用本发明的工作过程中，可更换的U型管的数量及尺寸可以根据实验需要模拟的蒸汽发生器的大小以及水箱的大小进行改变，能够实现模拟管束中大量汽泡的聚合行为，而在可更换的U型管6的不同高度处钻有不同尺寸的气孔，可以模拟蒸汽发生器中U型管不同高度处的汽泡行为。

Claims (5)

1.一种用于模拟蒸汽发生器中汽泡行为的可视化实验装置，其特征在于：包括水箱本体、水箱底板、可更换的U型管、气动接头和供气装置，所述水箱本体与水箱底板密封连接，水箱底板的中间位置设置凸台，凸台上设置数量与可更换的U型管数量对应的U型管安装孔，所述U型管安装孔贯穿水箱底板及凸台，可更换的U型管的一端密封插入在下端安装气动接头的U型管安装孔里、另一端插入对应的U型管安装孔里且处于开放状态，所述可更换的U型管壁面钻有气孔，气动接头通过气管与供气装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于模拟蒸汽发生器中汽泡行为的可视化实验装置，其特征在于：所述供气装置包括用气管连接的止回阀、玻璃转子气体流量计、流量调节阀和气泵。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于模拟蒸汽发生器中汽泡行为的可视化实验装置，其特征在于：可更换的U型管数量大于等于两根时，可更换的U型管由小到大、从中间至两端次排列安装，且下端安装气动接头的U型管安装孔依次排列。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于模拟蒸汽发生器中汽泡行为的可视化实验装置，其特征在于：所述水箱本体、水箱底板和可更换的U型管的材料是透明的有机玻璃。

5.根据权利要求3所述的一种用于模拟蒸汽发生器中汽泡行为的可视化实验装置，其特征在于：所述水箱本体、水箱底板和可更换的U型管的材料是透明的有机玻璃。