CN108844889A - 一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于模拟实验系统领域，具体涉及一种高温流动水蒸汽‑冷却循环环境模拟实验系统。所述高温流动水蒸汽‑冷却循环环境模拟实验系统包括流动水蒸汽腐蚀环境模拟实验单元、流动水蒸汽模拟单元和试样冷却单元；所述流动水蒸汽腐蚀环境模拟实验单元包括水蒸汽环境箱和样品夹持装置；所述样品夹持装置贯穿所述水蒸汽环境箱且与所述水蒸汽环境箱密封连接；所述流动水蒸汽腐蚀环境模拟单元与所述水蒸汽环境箱密封连接；所述试样冷却单元通过所述水蒸汽环境箱且与所述水蒸汽环境箱密封连接。本发明所述实验系统采用拉瓦尔喷管加速原理，使过热水蒸汽在试验区形成高速流动水蒸汽环境，实现材料在该环境下的腐蚀或力学性能测试分析。
Description
技术领域
本发明属于模拟实验系统领域，具体涉及一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统。
背景技术
水电、核电、石油化工等领域汽水传输过程中，当蒸汽过热温度超过450℃时，蒸汽与其接触的碳钢等结构材料会发生反应，生成Fe的氧化物，使结构管壁减薄。汽水腐蚀是汽水传输系统中管道、阀门、压力容器等部件材料的主要腐蚀过程，属于均匀腐蚀，当汽水腐蚀生成的氧化皮生长到一定厚度，在流动水蒸汽的冲刷或冷热交替的情况下，外层会发生剥落，并堆积在管道、阀门或压力容器等的弯曲部位，阻塞了蒸汽回路，极易发生因过热而引起的喷泄事故，造成严重的伤亡。多年以来，水蒸汽流动加速腐蚀已经导致了多起电厂管道以及热力发电设备的失效，设计并研发流动水蒸汽环境模拟系统，开展汽水传输系统用结构材料近服役条件下实验室加速试验，进行其流动水蒸汽环境中的腐蚀、力学等性能测试分析，开展材料腐蚀行为、水蒸汽流动加速腐蚀研究机理及其抑制方法研究，对于我国超临界机组的发展具有重要的意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统，所述高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统利用水蒸汽发生装置和水蒸汽再热器来制备一定温度的含氢气、氧气等气体的过热水蒸汽，进而采用拉瓦尔喷管加速原理，使过热水蒸汽在试验区形成高速流动水蒸汽环境，实现材料在该环境下的腐蚀或力学性能测试分析。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统，所述高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统包括流动水蒸汽腐蚀环境模拟实验单元、流动水蒸汽模拟单元和试样冷却单元；
所述流动水蒸汽腐蚀环境模拟实验单元包括水蒸汽环境箱和样品夹持装置；
所述样品夹持装置贯穿所述水蒸汽环境箱且与所述水蒸汽环境箱密封连接；
所述流动水蒸汽模拟单元与所述水蒸汽环境箱密封连接；
所述试样冷却单元通过所述水蒸汽环境箱且与所述水蒸汽环境箱密封连接。
进一步地，所述水蒸汽环境箱的箱体四面的中心均设置有一个通孔，所述通孔处设置端盖法兰，包括第一端盖法兰、第二端盖法兰、第三端盖法兰和第四端盖法兰；
所述第一端盖法兰和所述第二端盖法兰相对设置；
所述第三端盖法兰和所述第四端盖法兰相对设置。
进一步地，所述水蒸汽环境箱为斜底异型结构，其横截面形状为斜边在下方的直角梯形。
进一步地，所述样品夹持装置包括第一夹具、第一波纹管和第二夹具；
所述第一夹具穿过所述第一端盖法兰且采用第一波纹管与所述水蒸汽环境箱动态密封；
所述第二夹具穿过所述第二端盖法兰与所述水蒸汽环境箱静态密封；
所述第一夹具与所述第二夹具将试样固定在在所述水蒸汽环境箱箱体内部中心。
进一步地，所述第一夹具与所述第二夹具在所述水蒸汽环境箱外可与力学性能试验机的上下拉杆连接，用于试样在流动水蒸汽环境下的力学性能测试。
进一步地，所述流动水蒸汽模拟单元包括水蒸汽发生装置、过热水蒸汽接口、保持过热水蒸汽温度的水蒸汽再加热器、拉瓦尔喷管、扩散器和真空机组；
所述拉瓦尔喷管穿过所述第三端盖法兰直至所述水蒸汽环境箱内部距离所述水蒸汽环境箱中轴线左侧5-50mm，且通过所述第三端盖法兰与所述水蒸汽环境箱静态密封；
所述扩散器穿过所述第四端盖法兰直至所述水蒸汽环境箱内部距离所述水蒸汽环境箱中轴线右侧5-50mm，且通过所述第四端盖法兰与所述水蒸汽环境箱静态密封；
所述拉瓦尔喷管处于所述水蒸汽环境箱内的一端和所述扩散器处于所述水蒸汽环境箱内的一端之间形成10-100mm的流动水蒸汽试验环境空间，试样位于该空间的中心；
所述拉瓦尔喷管处于所述水蒸汽环境箱外的另一端与所述过热水蒸汽接口连接；
所述过热水蒸汽接口另一端与所述水蒸汽发生装置连接；
所述水蒸汽再加热器套接在所述过热水蒸汽接口与所述拉瓦尔喷管之间的过热水蒸汽管道外侧；
所述扩散器处于所述水蒸汽环境箱外的另一端通过真空管道与所述真空机组连接。
进一步地，所述拉瓦尔喷管处于所述水蒸汽环境箱外的另一端通过过热水蒸汽管道与所述过热水蒸汽接口连接。
进一步地，所述真空机组在所述拉瓦尔喷管和所述扩散器之间形成压差，在该压差的作用下，过热水蒸汽进入拉瓦尔喷管时加速，在处于所述水蒸汽环境箱内部中央形成流动水蒸汽环境。
进一步地，所述扩散器中部设置一疏水管道，所述疏水管道上设置一用于将凝结的水蒸汽排出的疏水阀，以防止凝结的水蒸汽进入所述真空机组。
进一步地，所述水蒸汽发生装置包括氧气气源、氢气气源、水箱和水蒸汽发生器；
所述氧气气源、所述氢气气源通过管道与所述水箱的一端连接；
所述水箱的另一端与所述水蒸汽发生器连接，所述水蒸汽发生器另一端与所述过热水蒸汽接口连接。
进一步地，所述氧气气源和所述氢气气源与所述水箱之间均依次设置有减压阀、手动微调阀和电磁阀；
所述水箱上设置水溶氢测量仪和水溶氧测量仪；
所述减压阀、手动微调阀、电磁阀与所述水溶氢和水溶氧检测仪配合，可调节高温水蒸汽中的氢、氧含量。
进一步地，所述水箱和所述水蒸汽发生器之间设置一蠕动泵，所述水蒸汽发生器上还设置一液位计；所述蠕动泵与所述液位计相互配合，将所述水箱中的水稳定地输入到所述水蒸汽发生器中。
进一步地，所述水箱经过所述蠕动泵与所述水蒸汽发生器的入口连接，以0-1Am3的速度向所述水蒸汽发生器中输送不大于10ppb的氢氧含量的常温纯净水，常温纯净水经所述水蒸汽发生器生产出过热水蒸汽，过热水蒸汽经所述水蒸汽发生器出口通过管道与所述过热水蒸汽接口连接。
进一步地，所述流动水蒸汽模拟单元所能提供的蒸汽空间范围为直径Ф5-100，长10-100mm的圆柱形，流速0-2马赫，蒸汽温度500-700℃，相应的所述拉瓦尔喷管喷嘴直径设计范围为Ф5-100mm，所述拉瓦尔喷管长度设计范围为10-500mm。
进一步地，所述试样冷却单元包括冷却介质输送管道、喷嘴、收集器、开关和收集管道；
所述冷却介质输送管道通过所述第一端盖法兰接口进入所述水蒸汽环境箱内部试样位置，并与所述喷嘴连接；
所述收集器置于所述水蒸汽环境箱内部下方且与所述扩散器处于同侧；
所述收集器、所述开关和所述收集管道依次连接；
所述收集管道远端连接所述真空机组，所述真空机组可使收集器内形成负压，实现冷却介质的完全快速回收。
进一步地，所述冷却介质经所述输送管道送入所述喷嘴，从所述喷嘴喷射至试样，实现试样的快速冷却。
为使本发明的一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统的作用效果显得更加清楚明白，本发明还提出一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统的测试方法，所述测试方法包括以下步骤：
步骤1，先按照测试样品尺寸、测试环境需求，进行拉瓦尔喷管和扩散器设计加工，按照装配顺序完成所述高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统各个部件的安装以及使用前的功能检测；
步骤2，设定试验温度为目标温度，开启水蒸汽发生装置，调节所述水蒸汽发生装置的水箱中的氢、氧含量到目标值；
步骤3，打开水蒸汽再加热器，并设定目标温度，随后开启过热水蒸汽接口阀门及真空机组，将过热水蒸汽通入过热水汽蒸汽管道，经水蒸汽发生器生产出过热水蒸汽并经拉瓦尔喷管加速后在试样处形成高速流动水蒸汽环境，完成测试样品在流动水蒸汽环境下的测试分析。
进一步地，所述真空机组在所述拉瓦尔喷管和所述扩散器之间形成压差，在该压差的作用下，过热水蒸汽进入拉瓦尔喷管时加速，在处于所述水蒸汽环境箱内部中央形成流动水蒸汽环境。
此外，本发明还提出一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统在金属材料性能测试分析领域中的应用。
一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统在水电领域中的应用。
一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统在核电领域中的应用。
一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统在石油化工领域中的应用。
一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统在石油化工领域中的应用。
进一步地，所述第一夹具与所述第二夹具在所述水蒸汽环境箱外可与力学性能试验机的上下拉杆连接，用于试样在流动水蒸汽环境下的力学性能测试。
本发明具有如下有益技术效果：
本发明的一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统采用拉瓦尔喷管加速原理，通过水蒸汽发生装置、水蒸汽再加热器的配合，以及拉瓦尔喷管和扩散器的设计，可在试验区形成预设温度、氢氧含量和流动速度的水蒸汽腐蚀环境，实现火电、核电等领域高温结构服役环境的模拟，完成上述结构材料流动水蒸汽服役环境下的腐蚀行为研究和腐蚀、力学等性能测试分析。
附图说明
图1为本发明实施例1中一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统的结构示意图。
图2为本发明实施例1中水蒸汽发生装置的结构示意图。
附图标记说明：
流动水蒸汽腐蚀环境模拟实验单元：
11-水蒸汽环境箱、111-第一端盖法兰、1111-第一端盖法兰接口、112-第二端盖法兰、113-第三端盖法兰、114-第四端盖法兰；
12-样品夹持装置、121-第一夹具、122-第一波纹管、123-第二夹具；
流动水蒸汽模拟单元：
21-水蒸汽发生装置、211-氧气气源、212-氢气气源、213-水箱、214-水蒸汽发生器、215-减压阀、216-手动微调阀、217-电磁阀、218-蠕动泵、219-液位计；
22-过热水蒸汽接口；
23-水蒸汽再加热器；
24-拉瓦尔喷管；
25-扩散器、251-疏水管道、2511-疏水阀；
26-真空机组；
试样冷却单元；
31-冷却介质输送管道、32-喷嘴、33-收集器33、34-开关34、35-收集管道；
4-试样。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及说明书附图，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
水电、核电、石油化工等领域汽水传输过程中，当汽水腐蚀生成的氧化皮生长到一定厚度，在流动水蒸汽的冲刷或冷热交替的情况下，外层会发生剥落，并堆积在管道、阀门或压力容器等的弯曲部位，阻塞了蒸汽回路，极易发生因过热而引起的喷泄事故，造成严重的伤亡。多年以来，水蒸汽流动加速腐蚀已经导致了多起电厂管道以及热力发电设备的失效，设计并研发流动水蒸汽环境模拟系统，开展汽水传输系统用结构材料近服役条件下实验室加速试验，进行其流动水蒸汽环境中的腐蚀、力学等性能测试分析，开展材料腐蚀行为、水蒸汽流动加速腐蚀研究机理及其抑制方法研究，对于我国超临界机组的发展具有重要的意义。
为此，本实施例提出一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统，所述高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统包括流动水蒸汽腐蚀环境模拟实验单元、流动水蒸汽模拟单元和试样冷却单元；
所述流动水蒸汽腐蚀环境模拟实验单元包括水蒸汽环境箱11和样品夹持装置12；
所述样品夹持装置12贯穿所述水蒸汽环境箱11且与所述水蒸汽环境箱11密封连接；
所述流动水蒸汽模拟单元与所述水蒸汽环境箱11密封连接；
所述试样冷却单元通过所述水蒸汽环境箱11且与所述水蒸汽环境箱11密封连接。
所述水蒸汽环境箱11的箱体四面的中心均设置有一个通孔，所述通孔处设置端盖法兰，包括第一端盖法兰111、第二端盖法兰112、第三端盖法兰113和第四端盖法兰114；
所述第一端盖法兰111和所述第二端盖法兰112相对设置；
所述第三端盖法兰113和所述第四端盖法兰114相对设置。
所述水蒸汽环境箱11为斜底异型结构，其横截面形状为斜边在下方的直角梯形。
所述样品夹持装置12包括第一夹具121、第一波纹管122和第二夹具123；
所述第一夹具121穿过所述第一端盖法兰111且采用第一波纹管122与所述水蒸汽环境箱11动态密封；
所述第二夹具123穿过所述第二端盖法兰112与所述水蒸汽环境箱11静态密封；
所述第一夹具121与所述第二夹具123将试样固定在在所述水蒸汽环境箱11箱体内部中心。
所述流动水蒸汽模拟单元包括水蒸汽发生装置21、过热水蒸汽接口22、保持过热水蒸汽温度的水蒸汽再加热器23、拉瓦尔喷管24、扩散器25和真空机组26；
所述拉瓦尔喷管24穿过所述第三端盖法兰113直至所述水蒸汽环境箱11内部距离所述水蒸汽环境箱11中轴线左侧5-50mm，且通过所述第三端盖法兰113与所述水蒸汽环境箱11静态密封；
所述扩散器25穿过所述第四端盖法兰114直至所述水蒸汽环境箱11内部距离所述水蒸汽环境箱11中轴线右侧5-50mm，且通过所述第四端盖法兰114与所述水蒸汽环境箱11静态密封；
所述拉瓦尔喷管24处于所述水蒸汽环境箱11内的一端和所述扩散器25处于所述水蒸汽环境箱11内的一端之间形成10-100mm的流动水蒸汽试验环境空间，试样位于该空间的中心；
所述拉瓦尔喷管24处于所述水蒸汽环境箱11外的另一端通过过热水蒸汽管道与所述过热水蒸汽接口22连接；
所述过热水蒸汽接口22另一端与所述水蒸汽发生装置21连接；
所述水蒸汽再加热器23套接在所述过热水蒸汽接口22与所述拉瓦尔喷管24之间的过热水蒸汽管道外侧；
所述扩散器25处于所述水蒸汽环境箱11外的另一端通过真空管道与所述真空机组26连接。
所述扩散器25中部设置一疏水管道251，所述疏水管道251上设置一用于将凝结的水蒸汽排出的疏水阀2511，以防止凝结的水蒸汽进入所述真空机组26。
所述水蒸汽发生装置21包括氧气气源211、氢气气源212、水箱213和水蒸汽发生器214；
所述氧气气源211、所述氢气气源212通过管道与所述水箱213的一端连接；
所述水箱213的另一端与所述水蒸汽发生器214连接，所述水蒸汽发生器214另一端与所述过热水蒸汽接口22连接。
所述氧气气源211和所述氢气气源212与所述水箱213之间均依次设置有减压阀215、手动微调阀216和电磁阀217；
所述水箱213上设置水溶氢测量仪和水溶氧测量仪；
所述减压阀215、手动微调阀216、电磁阀217与所述水溶氢和水溶氧检测仪配合，可调节高温水蒸汽中的氢、氧含量。
所述水箱213和所述水蒸汽发生器214之间设置一蠕动泵218，所述水蒸汽发生器214上还设置一液位计219；所述蠕动泵218与所述液位计219相互配合，将所述水箱213中的水稳定地输入到所述水蒸汽发生器214中。
所述水箱213经过所述蠕动泵218与所述水蒸汽发生器214的入口连接，以0-1Am3的速度向所述水蒸汽发生器214中输送不大于10ppb的氢氧含量的常温纯净水，常温纯净水经所述水蒸汽发生器214生产出过热水蒸汽，过热水蒸汽经所述水蒸汽发生器214出口通过管道与所述过热水蒸汽接口22连接。
所述流动水蒸汽模拟单元所能提供的蒸汽空间范围为直径Ф5-100，长10-100mm的圆柱形，流速0-2马赫，蒸汽温度500-700℃，相应的所述拉瓦尔喷管喷嘴直径设计范围为Ф5-100mm，所述拉瓦尔喷管24长度设计范围为10-500mm。
所述试样冷却单元包括冷却介质输送管道31、喷嘴32、收集器33、开关34和收集管道35；
所述冷却介质输送管道31通过所述第一端盖法兰接口1111进入所述水蒸汽环境箱11内部试样位置，并与所述喷嘴32连接；
所述收集器33置于所述水蒸汽环境箱11内部下方且与所述扩散器25处于同侧；
所述收集器33、所述开关34和所述收集管道35依次连接；
所述收集管道35远端连接所述真空机组26，所述真空机组26可使收集器33内形成负压，实现冷却介质的完全快速回收。
所述冷却介质经所述输送管道送入所述喷嘴32，从所述喷嘴32喷射至试样，实现试样的快速冷却。
为使本发明的一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统的作用效果显得更加清楚明白，本发明还提出一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统的测试方法，所述测试方法包括以下步骤：
步骤1，先按照测试样品尺寸、测试环境需求，进行拉瓦尔喷管24和扩散器25设计加工，按照装配顺序完成所述高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统各个部件的安装以及使用前的功能检测；
步骤2，设定试验温度为目标温度，开启水蒸汽发生装置21，调节所述水蒸汽发生装置21的水箱213中的氢、氧含量到目标值；
步骤3，打开水蒸汽再加热器23，并设定目标温度，随后开启过热水蒸汽接口22阀门及真空机组26，将过热水蒸汽通入过热水汽蒸汽管道，经水蒸汽发生器214生产出过热水蒸汽并经拉瓦尔喷管24加速后在试样处形成高速流动水蒸汽环境，完成测试样品在流动水蒸汽环境下的测试分析。拉瓦尔喷管24扩散器25水蒸汽发生装置21水箱213过热水蒸汽接口22真空机组26水蒸汽发生器214拉瓦尔喷管24拉瓦尔喷管24扩散器25水蒸汽发生装置21水蒸汽发生装置21水箱213水蒸汽再加热器23真空机组26过热水蒸汽接口22过热水蒸汽接口22扩散器25真空机组26真空机组26
本实施例的一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统采用拉瓦尔喷管24加速原理，通过水蒸汽发生装置21、水蒸汽再加热器23的配合，以及拉瓦尔喷管24和扩散器25的设计，可在试验区形成预设温度、氢氧含量和流动速度的水蒸汽腐蚀环境，实现火电、核电等领域高温结构服役环境的模拟，完成上述结构材料流动水蒸汽服役环境下的腐蚀行为研究和腐蚀、力学等性能测试分析。
Claims (9)
1.一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统，其特征在于，所述高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统包括流动水蒸汽腐蚀环境模拟实验单元、流动水蒸汽模拟单元和试样冷却单元；
所述流动水蒸汽腐蚀环境模拟实验单元包括水蒸汽环境箱和样品夹持装置；
所述样品夹持装置贯穿所述水蒸汽环境箱且与所述水蒸汽环境箱密封连接；
所述流动水蒸汽模拟单元与所述水蒸汽环境箱密封连接；
所述试样冷却单元通过所述水蒸汽环境箱且与所述水蒸汽环境箱密封连接。
2.根据权利要求1所述的一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统，其特征在于，所述水蒸汽环境箱的箱体四面的中心均设置有一个通孔，所述通孔处设置端盖法兰，包括第一端盖法兰、第二端盖法兰、第三端盖法兰和第四端盖法兰；
所述第一端盖法兰和所述第二端盖法兰相对设置；
所述第三端盖法兰和所述第四端盖法兰相对设置。
3.根据权利要求2所述的一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统，其特征在于，所述样品夹持装置包括第一夹具、第一波纹管和第二夹具；
所述第一夹具穿过所述第一端盖法兰且采用第一波纹管与所述水蒸汽环境箱动态密封；
所述第二夹具穿过所述第二端盖法兰与所述水蒸汽环境箱静态密封；
所述第一夹具与所述第二夹具将试样固定在在所述水蒸汽环境箱箱体内部中心。
4.根据权利要求3所述的一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统，其特征在于，所述流动水蒸汽模拟单元包括水蒸汽发生装置、过热水蒸汽接口、保持过热水蒸汽温度的水蒸汽再加热器、拉瓦尔喷管、扩散器和真空机组；
所述拉瓦尔喷管穿过所述第三端盖法兰直至所述水蒸汽环境箱内部距离所述水蒸汽环境箱中轴线左侧5-50mm，且通过所述第三端盖法兰与所述水蒸汽环境箱静态密封；
所述扩散器穿过所述第四端盖法兰直至所述水蒸汽环境箱内部距离所述水蒸汽环境箱中轴线右侧5-50mm，且通过所述第四端盖法兰与所述水蒸汽环境箱静态密封；
所述拉瓦尔喷管处于所述水蒸汽环境箱内的一端和所述扩散器处于所述水蒸汽环境箱内的一端之间形成10-100mm的流动水蒸汽试验环境空间，试样位于该空间的中心；
所述拉瓦尔喷管处于所述水蒸汽环境箱外的另一端与所述过热水蒸汽接口连接；
所述过热水蒸汽接口另一端与所述水蒸汽发生装置连接；
所述水蒸汽再加热器套接在所述过热水蒸汽接口与所述拉瓦尔喷管之间的过热水蒸汽管道外侧；
所述扩散器处于所述水蒸汽环境箱外的另一端通过真空管道与所述真空机组连接。
5.根据权利要求4所述的一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统，其特征在于，所述扩散器中部设置一疏水管道，所述疏水管道上设置一用于将凝结的水蒸汽排出的疏水阀，以防止凝结的水蒸汽进入所述真空机组。
6.根据权利要求4所述的一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统，其特征在于，所述流动水蒸汽模拟单元所能提供的蒸汽空间范围为直径Ф5-100，长10-100mm的圆柱形，流速0-2马赫，蒸汽温度500-700℃，相应的所述拉瓦尔喷管喷嘴直径设计范围为Ф5-100mm，所述拉瓦尔喷管长度范围为10-500mm。
7.根据权利要求4所述的一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统，其特征在于，所述试样冷却单元包括冷却介质输送管道、喷嘴、收集器、开关和收集管道；
所述冷却介质输送管道通过所述第一端盖法兰接口进入所述水蒸汽环境箱内部试样位置，并与所述喷嘴连接；
所述收集器置于所述水蒸汽环境箱内部下方且与所述扩散器处于同侧；
所述收集器、所述开关和所述收集管道依次连接；
所述收集管道远端连接所述真空机组。
8.根据权利要求1～7任一项所述的一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统的测试方法，所述测试方法包括以下步骤：
步骤1，先按照测试样品尺寸、测试环境需求，进行拉瓦尔喷管和扩散器设计加工，按照装配顺序完成所述高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统各个部件的安装以及使用前的功能检测；
步骤2，设定试验温度为目标温度，开启水蒸汽发生装置，调节所述水蒸汽发生装置的水箱中的氢、氧含量到目标值；
步骤3，打开水蒸汽再加热器，并设定目标温度，随后开启过热水蒸汽接口阀门及真空机组，将过热水蒸汽通入过热水汽蒸汽管道，经水蒸汽发生器生产出过热水蒸汽并经拉瓦尔喷管加速后在试样处形成高速流动水蒸汽环境，完成测试样品在流动水蒸汽环境下的测试分析。
9.根据权利要求1～7任一项所述的一种高温流动水蒸汽-冷却循环环境模拟实验系统在金属材料性能测试分析领域中的应用。
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