CN110320006A - 一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统 - Google Patents

一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统 Download PDF

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田瑞峰
柯炳正
李茹
高璞珍
温济铭
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Abstract

本发明属于两相流领域，具体涉及一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统。一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统，包括补水系统、加热系统、喷放系统、排污系统、测量系统以及信号采集系统；其中加热系统通过补水管道、喷放管道、排污管道分别与补水系统、喷放系统、排污系统连接，测量系统通过数据连接线与信号采集系统连接。本发明的实验系统既能对高温高压水闪蒸喷放行为进行观测分析，也能对高温高压水闪蒸喷放的特性参数进行研究，还能对喷口前、喷口内以及喷口后的高温高压水闪蒸喷放行为进行观测。另外，高温高压水闪蒸喷放行为可视化观测和喷放温度、喷放颗粒粒径等参数测量可同时进行。

Description

一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验 系统
技术领域
本发明属于两相流领域，具体涉及一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统。
背景技术
高温高压水从压力容器中喷放出时，由于液体压力大于环境压力，液体的温度超过当前压力下的饱和温度，液体发生闪蒸相变，我们把这种喷放行为称为闪蒸喷放。
高温高压水闪蒸喷放行为存在于很多工业领域中，如海水淡化技术中的多效闪蒸海水淡化工艺，核电站中的反应堆加压水管路破裂、钠冷快中子增殖堆蒸汽发生器中水泄漏，当核电站发生一回路冷却剂丧失事故(LOCA)时，大量高温高压冷却剂从承压管路的破口处闪蒸喷放至安全壳环境中，造成安全壳内压力和温度急剧升高，安全壳的完整性受到严重威胁。
高温高压水闪蒸喷放属于非平衡热力学过程，其相变情况十分复杂，目前的研究并不充分。有必要设计一种能够观测高温高压水闪蒸喷放行为以及能够测量闪蒸喷放时液体特性参数的可视化实验系统。
发明内容
本发明的目的是针对高温高压水闪蒸喷放行为的复杂情况以及难以观测的特点，创新地设计一套可视化实验系统，提供一种用于研究高温高压水闪蒸喷放时的整体相变过程以及参数变化情况的高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统。
为实现本发明的目的，采用的技术方案是：
一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统，包括补水系统、加热系统、喷放系统、排污系统、测量系统以及信号采集系统；其中加热系统通过补水管道4、喷放管道10、排污管道13分别与补水系统、喷放系统、排污系统连接，测量系统通过数据连接线与信号采集系统连接。
所述补水系统由补水水箱1、补水水泵2以及补水管道4和补水阀门3组成，补水管道将补水水箱、补水水泵以及补水阀门依次连接起来。
所述加热系统为一台具有电加热器7、液位计6、安全阀8装置的电加热式压力容器5，电加热式压力容器左侧与补水管道连接，右侧与喷放管道连接，底部与排污管道连接，电加热式压力容器上设置有氮气加压装置9。
所述喷放系统由喷放管道10、远程电磁阀11、可视化喷头12组成，远程电磁阀布置在喷放管道上，可视化喷头为耐高温石英玻璃材料加工的透明喷头，以法兰形式连接在喷放管道末端。
所述排污系统包括排污管道13、排污阀门14和地坑15。
所述测量系统包括布置在可视化喷头处的高速摄影仪16、可视化喷头后方的热电偶17以及粒度测量仪18。
所述信号采集系统包括数据连接线19以及数据采集模块20。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的实验系统既能对高温高压水闪蒸喷放行为进行观测分析，也能对高温高压水闪蒸喷放的特性参数进行研究，还能对喷口前、喷口内以及喷口后的高温高压水闪蒸喷放行为进行观测。另外，高温高压水闪蒸喷放行为可视化观测和喷放温度、喷放颗粒粒径等参数测量可同时进行。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
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。
如图1所示，包括：1为补水水箱，2为补水水泵，3为补水阀门，4为补水管道，5为电加热式压力容器，6为液位计，7为电加热器，8为安全阀，9为氮气加压器，10为喷放管道，11为远程电磁阀，12为可视化喷头，13为排污管道，14为排污阀门，15为地坑，16为高速摄影仪，17为热电偶，18为粒度测量仪，19为数据连接线，20为数据采集模块。
本发明属于两相流领域，具体涉及一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统。目的是针对高温高压水闪蒸喷放行为的复杂情况以及难以观测的特点，创新地设计一套可视化实验系统，提供一种用于研究高温高压水闪蒸喷放时的整体相变过程以及参数变化情况的高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统。
为实现本发明的目的，采用的技术方案是：
一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统，包括补水系统、加热系统、喷放系统、排污系统、测量系统以及信号采集系统：其中加热系统通过补水管道4、喷放管道10、排污管道13分别与补水系统、喷放系统、排污系统连接，测量系统通过数据连接线与信号采集系统连接。
所述补水系统由补水水箱1、补水水泵2以及补水管道4和补水阀门3组成，补水管道将补水水箱、补水水泵以及补水阀门依次连接起来。
所述加热系统为一台具有电加热器7、液位计6、安全阀8装置的电加热式压力容器5，电加热式压力容器左侧与补水管道连接，右侧与喷放管道连接，底部与排污管道连接，电加热式压力容器上设置有氮气加压装置9。
所述喷放系统由喷放管道10、远程电磁阀11、可视化喷头12组成，远程电磁阀布置在喷放管道上，可视化喷头为耐高温石英玻璃材料加工的透明喷头，以法兰形式连接在喷放管道末端。
所述排污系统包括排污管道13、排污阀门14和地坑15。
所述测量系统包括布置在可视化喷头处的高速摄影仪16、可视化喷头后方的热电偶17以及粒度测量仪18。
所述信号采集系统包括数据连接线19以及数据采集模块20。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的实验系统既能对高温高压水闪蒸喷放行为进行观测分析，也能对高温高压水闪蒸喷放的特性参数进行研究，还能对喷口前、喷口内以及喷口后的高温高压水闪蒸喷放行为进行观测。另外，高温高压水闪蒸喷放行为可视化观测和喷放温度、喷放颗粒粒径等参数测量可同时进行。
进一步描述如下：
如图1所示，本发明按系统可划分为：补水系统、加热系统、喷放系统、排污系统、测量系统以及信号采集系统。
所述补水系统由补水水箱1、补水水泵2补水阀门3以及补水管道4组成，实验用水首先储存在补水水箱1中，由补水水泵2控制补水的水量，补水阀门3控制补水系统的使用，水通过补水管道4进入加热系统中。
所述加热系统是一台电加热式压力容器5，在压力容器侧面装有液位计6，用于读取和监控加热容器内部的液位高度；容器内空间中布置有电加热器7，用于将实验用水加热至所需要的实验条件参数状态下；在容器顶部设置一个安全阀8，起到超压保护的作用；容器与氮气加压器9连接，氮气加压器9用于调整压力容器内部的实验压力；在设备侧部与补水管道4以及喷放管道10连接，底部与排污管道13连接。
所述喷放系统由喷放管道10、远程电磁阀11、可视化喷头12组成，实验用水由电加热式压力容器5流向喷放管道10，通过可视化喷头12喷放至大气环境中。可视化喷头12与喷放管道10通过法兰密封连接，为了便于观察实验现象，可视化喷头12前方设有可视化管道延长段，可以对喷口前、喷口内以及喷口后的高温高压水闪蒸喷放行为进行观测。远程电磁阀11布置在喷放管道上，用于远程操控喷放管道10的开启和关闭。
所述排污系统包括排污管道13、排污阀门14、和地坑15。排污管道13与电加热式压力容器5连接，用于排出容器内部的实验用水；排污系统通过排污阀门14控制开启和关闭，最终排出的实验用水排出至地坑15中。
所述测量系统包括高速摄影仪16、热电偶17以及粒度测量仪18。高速摄影仪16布置在可视化喷头12附近，用于采集实验过程中高温高压水闪蒸喷放行为的图像，并将采集到的图像发送至信号采集系统中；热电偶17布置在可视化喷头12后侧，呈间隔排列布置，用于测量高温高压水闪蒸喷放过程中温度场的变化情况，并将采集到的温度信号发送至信号采集系统中；粒度测量仪18布置在可视化喷头12后侧，用于测量高温高压水闪蒸喷放过程中液滴粒径尺寸的变化参数，并将采集到的粒径尺寸信号发送至信号采集系统中。
所述信号采集系统包括数据连接线19以及数据采集模块20。数据连接线19将高速摄影仪16、热电偶17以及粒度测量仪18所采集到的信号发送至数据采集模块20中，再由数据采集模块20对信号进行处理分析，得到实验数据。
本发明在进行高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的研究中，首先向补水水箱中加入实验用去离子水，开启补水系统，将实验用水加入加热系统中，将加热容器的水位补满之后关闭补水系统。调节氮气加压器调节加热容器的压力值实验压力，之后启动电加热器进行加热。当加热至实验温度时，关闭电加热器，避免实验时电加热器干烧，保证压力容器安全。之后远程开启电磁阀，使得实验用水通过可视化喷头喷放至大气环境中，此时通过高速摄影仪采集实验过程中高温高压水闪蒸喷放行为的图像，通过热电偶和粒度测量仪测量高温高压水闪蒸喷放过程中温度场和液滴粒径尺寸的变化情况，并将测量到的信号发送至信号采集系统中进行数据采集。当加热容器内液位降低至喷放管道处时，停止测量和采集。关闭远程电磁阀，完成实验。
综上所述，本发明属于两相流领域，具体涉及一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统。一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统，包括补水系统、加热系统、喷放系统、排污系统、测量系统以及信号采集系统；其中加热系统通过补水管道、喷放管道、排污管道分别与补水系统、喷放系统、排污系统连接，测量系统通过数据连接线与信号采集系统连接。本发明的实验系统既能对高温高压水闪蒸喷放行为进行观测分析，也能对高温高压水闪蒸喷放的特性参数进行研究，还能对喷口前、喷口内以及喷口后的高温高压水闪蒸喷放行为进行观测。另外，高温高压水闪蒸喷放行为可视化观测和喷放温度、喷放颗粒粒径等参数测量可同时进行。

Claims (7)

1.一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统，包括补水系统、加热系统、喷放系统、排污系统、测量系统以及信号采集系统，其特征在于：加热系统通过补水管道(4)、喷放管道(10)、排污管道(13)分别与补水系统、喷放系统、排污系统连接，测量系统通过数据连接线与信号采集系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统，其特征在于：所述补水系统由补水水箱(1)、补水水泵(2)以及补水管道(4)和补水阀门(3)组成，补水管道将补水水箱、补水水泵以及补水阀门依次连接起来。
3.根据权利要求1所述的一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统，其特征在于：所述加热系统为一台具有电加热器(7)、液位计(6)、安全阀(8)装置的电加热式压力容器(5)；电加热式压力容器左侧与补水管道连接，右侧与喷放管道连接，底部与排污管道连接；电加热式压力容器上设置有氮气加压装置(9)。
4.根据权利要求1所述的一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统，其特征在于，所述喷放系统由喷放管道(10)、远程电磁阀(11)、可视化喷头(12)组成，远程电磁阀布置在喷放管道上，可视化喷头为耐高温石英玻璃材料加工的透明喷头，以法兰形式连接在喷放管道末端。
5.根据权利要求1所述的一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统，其特征在于：所述排污系统包括排污管道(13)、排污阀门(14)和地坑(15)。
6.根据权利要求1所述的一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统，其特征在于：所述测量系统包括布置在可视化喷头处的高速摄影仪(16)、可视化喷头后方的热电偶(17)以及粒度测量仪(18)。
7.根据权利要求1所述的一种高温高压水闪蒸喷放行为观测及参数测量的可视化实验系统，其特征在于：所述信号采集系统包括数据连接线(19)以及数据采集模块(20)。
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