CN109296864B - 基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置 - Google Patents

基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置，安装在蒸汽管路后方，凝结水锤强度削弱装置包括水平管路和法兰，法兰连接在水平管路的进口处，用于连接蒸汽管路，水平管路的内壁的上半部沿水平管路的长度方向交替涂覆有亲水涂层和疏水涂层。该装置利用汽液相界面在亲水涂层和疏水涂层上形状的不同，在弹状流收缩过程中减慢其收缩速度，从而降低冷却水碰撞时的速度，从而削弱凝结水锤强度。管路内的亲、疏水涂层很薄，不会增加流动阻力，且管路中的亲、疏水涂层段的加工方式简单，涂层对管路强度影响很小，不会影响到管路的强度。

Description

基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置
技术领域
本发明涉及流体管路技术领域，尤其涉及一种基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置。
背景技术
汽液直接接触凝结由于具有高效的传热传质特性而广泛应用于各种工业领域中，如核反应堆以及舰船的余热排出系统。但是汽液直接接触凝结过程中有可能产生严重的凝结水锤现象。凝结水锤引起的巨大压力波动会严重冲击和破坏管路及相关设备，影响系统安全运行。因此研究凝结水锤的形成过程以及由此引起的压力波动对于设备的安全运行有着十分重要的意义。
众所周知，各种材料按照其亲疏水程度分为亲水材料和疏水材料，流体在不同材料表面时有着不同的状态，如何利用这一特性解决一些实际问题也是现如今人们重点关注的。
现有技术中对于管内削弱凝结水锤的方案较少，同时蒸汽和过冷水温度发生变化时，凝结水锤的发生位置也会发生变化。所以能够找到一种有效地削弱不同工况下凝结水锤在不同位置产生的方法，对于相关的工业应用具有重要的意义。
发明内容
本发明主要目的在于，提供一种基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置，以削弱不同工况下在管路内不同位置产生的凝结水锤的强度。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置，所述凝结水锤强度削弱装置安装在蒸汽管路后方，所述凝结水锤强度削弱装置包括水平管路和法兰，所述法兰连接在所述水平管路的进口处，用于连接所述蒸汽管路，所述水平管路的内壁的上半部沿所述水平管路的长度方向交替涂覆有亲水涂层和疏水涂层。
进一步地，所述亲水涂层和所述疏水涂层均涂覆在所述水平管路的内壁的上半部的20°-65°和115°-160°范围。
进一步地，所述水平管路的长度大于所述水平管路的内径的20倍，如将所述水平管路沿其长度方向平均分成3段，则所述亲水涂层和疏水涂层涂覆在所述水平管路的第2段上。
进一步地，每段亲水涂层和每段疏水涂层的长度均小于所述水平管路内径的一半。
进一步地，所述亲水涂层和疏水涂层的厚度均小于1毫米。
与现有技术相比，本发明提供的基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置，安装在蒸汽管路后方，凝结水锤强度削弱装置包括水平管路和法兰，法兰连接在水平管路的进口处，用于连接蒸汽管路，水平管路的内壁的上半部沿水平管路的长度方向交替涂覆有亲水涂层和疏水涂层。该装置利用汽液相界面在亲水涂层和疏水涂层上形状的不同，在弹状流收缩过程中减慢其收缩速度，从而降低冷却水碰撞时的速度，从而削弱凝结水锤强度。管路内的亲、疏水涂层很薄，不会增加流动阻力，且管路中的亲、疏水涂层段的加工方式简单，涂层对管路强度影响很小，不会影响到管路的强度。
附图说明
图1为本发明实施例的基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的水平管路的亲水涂层/疏水涂层段的涂层截面位置示意图；
图3为本发明实施例的亲水涂层段汽液相界面示意图；
图4为本发明实施例的疏水涂层段汽液相界面示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供的基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置，凝结水锤强度削弱装置安装在蒸汽管路后方，凝结水锤强度削弱装置包括水平管路1和法兰2，法兰2连接在水平管路1的进口处，用于连接蒸汽管路，水平管路1的内壁的上半部沿水平管路1的长度方向交替涂覆有亲水涂层3和疏水涂层4。
凝结水锤的形成过程经历分层流、波状流、弹状流和汽泡破碎四种流型，而弹状流的溃灭直接影响到水锤的强度。当蒸汽流入水平管路1内并经过亲水涂层3段和疏水涂层4段时，会在在水平管路1上半部产生汽液相界面。由于相界面形状的不同，当蒸汽泡处在亲水涂层3段时，汽液相界面形状如图3所示，当蒸汽泡处在疏水涂层4段时，汽液相界面形状如图4所示。当蒸汽泡经历从亲水涂层3段到疏水涂层4段或从疏水涂层4段到亲水涂层3段时，由于疏水涂层4段液面比亲水涂层3段液面低，会降低蒸汽泡的收缩速度，从而降低冷却水碰撞时的速度，削弱凝结水锤强度。
根据实验，汽液相界面主要形成在水平管路1的内壁的上半部的20°-65°和115°-160°范围，因此，如图2所示，将亲水涂层3和疏水涂层4均涂覆在水平管路1的内壁的上半部的20°-65°和115°-160°范围，以确保对蒸汽泡收缩速度的减速效果。图2所示为亲水涂层3段的涂层截面位置示意图，疏水涂层4段的涂层截面位置与亲水涂层3段的涂层截面位置相同，也可参照图2所示，即图2中的亲水涂层3可替换为疏水涂层4。
通过实验可知，不同工况下，当水平管路1的长度大于水平管路1的内径的20倍时，如将水平管路1沿其长度方向平均分成3段，则在第2段上发生凝结水锤的次数较多、强度较大，可将亲水涂层3和疏水涂层4涂覆在水平管路1的第2段上。
为保证对凝结水锤的削弱效果，亲水涂层3和疏水涂层4的分段数要足够多，每段亲水涂层3和每段疏水涂层4的长度均小于水平管路1内径的一半。
亲水涂层3和疏水涂层4的厚度均小于1毫米，不会影响到水平管路1的强度，同时也不会影响到水平管路1内的流体流动。
上述实施例仅为优选实施例，并不用以限制本发明的保护范围，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置，所述凝结水锤强度削弱装置安装在蒸汽管路后方，其特征在于，所述凝结水锤强度削弱装置包括水平管路和法兰，所述法兰连接在所述水平管路的进口处，用于连接所述蒸汽管路，所述水平管路的内壁的上半部沿所述水平管路的长度方向交替涂覆有亲水涂层和疏水涂层。
2.如权利要求1所述的基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置，其特征在于，所述亲水涂层和所述疏水涂层均涂覆在所述水平管路的内壁的上半部的20°-65°和115°-160°范围。
3.如权利要求1所述的基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置，其特征在于，所述水平管路的长度大于所述水平管路的内径的20倍，将所述水平管路沿其长度方向平均分成3段，则所述亲水涂层和疏水涂层涂覆在所述水平管路的第2段上。
4.如权利要求1所述的基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置，其特征在于，每段亲水涂层和每段疏水涂层的长度均小于所述水平管路内径的一半。
5.如权利要求1所述的基于亲疏水特性的凝结水锤强度削弱装置，其特征在于，所述亲水涂层和疏水涂层的厚度均小于1毫米。
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