CN110397984A - 多相流喷射式热交换测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多相流喷射式热交换测试装置，属于热交换装置领域。其包括蒸汽发生试验装置、喷射式热交换试验装置和测量装置，所述蒸汽发生试验装置包括蒸汽发生器和过热器，所述蒸汽发生器与过热器通过蒸汽管道连接，所述喷射式热交换试验装置包括超声速蒸汽喷嘴、进水管、出水管和水箱，测量装置包括高速摄像头和数据采集系统。本发明提供的一种多相流喷射式热交换测试装置，可直观的观察热交换状况，自动测量温度、压力等参数，测量精度高。

Description

多相流喷射式热交换测试装置
技术领域
本发明涉及一种多相流喷射式热交换测试装置，属于热交换装置领域。
背景技术
在蒸汽供热的采暖系统中，供热过程是利用蒸汽锅炉生产出蒸汽，通过换热装置进行汽-水换热，制取高温热水后送入热网，以热水的形式输送至热用户。对于这种供热方式，汽-水换热装置就成为整个系统制备热水的关键设备。传统的汽-水换热方式多采用表面式间接换热，以采用板式汽-水换热器或管壳式汽-水换热器作为加热水的换热设备者居多。但是，多相流喷射式热交换装置相比表面式汽-水换热器具有更大的使用优势。
喷射式热交换装置是射流技术在传热领域的应用，它是通过汽、水两相流体的直接混合来生产热水的设备。多相流喷射式热交换装置具有转换效率高，体积小，噪音低，安装简单，运行可靠、使用寿命长等优点。大量实践证明，多相流喷射式热交换装置的使用性能在多方面超过传统的表面式换热器。除了上述优点以外，该装置还具有节能的作用。
喷射式换热器按照驱动介质不同分为射水带汽式和射汽带水式两种。射水带汽式是指通过喷嘴射流，蒸汽作为被引射流体；射汽带水式是指蒸汽通过喷嘴射流，水作为被引射流体。在热水供暖系统中采用射水带汽喷射式换热装置可以代替表面式换热器，利用水的引射作用与蒸汽直接混合，热能利用率相对较高，但换热器出口不具有升压作用。而射汽带水喷射式换热装置除了混合加热，还具有升压作用，不仅可以代替表面式汽水两相换热器，还可以代替循环水泵驱动系统运行，起到节煤、节电、节省设备投资等作用。
多相流非常广泛的存在于航空航天、电力、化工、制冷、供热及核工业等领域中。近年来随着对于环境保护和可持续发展的持续关注，以利用低温、低压热源的多相流喷射式热交换装置因其高效的传热和传质特性，换热系数大，换热效率接近100%，具有升压特性等优点，受到越来越多的关注和研究。但在工程实践中，喷射式热交换装置暴露出运行不稳定、噪声大、动态调节性能差、设计性能与实际性能不一致等技术难点，制约了喷射式热交换技术的推广和应用。因此，开展针对喷射式热交换装置内部多相流动的实验研究，掌握装置内多相流混合流动与换热机理具有重要意义。
本团队根据国家国际科技合作专项资助项目,International Science &Technology Cooperation Program of China，项目编号为：2013DFR60310，发明了一种多相流喷射式热交换测试装置。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种多相流喷射式热交换测试装置，可直观的观察热交换状况，自动测量温度、压力等参数，自动化控制程度高，测量精度高，结构简单，为优化热交换装置设计、降低能耗和噪声提供科学依据。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：多相流喷射式热交换测试装置，包括蒸汽发生试验装置、喷射式热交换试验装置和测量装置，所述蒸汽发生试验装置包括蒸汽发生器和过热器，所述蒸汽发生器与过热器通过蒸汽管道连接，所述喷射式热交换试验装置包括超声速蒸汽喷嘴、进水管、出水管和水箱，所述超声速蒸汽喷嘴通过进蒸汽管道与过热器连通，所述超声速蒸汽喷嘴设置在水箱内，进水管和出水管与水箱连通，所述水箱内设置有压力温度探针，所述进水管、出水管和进蒸汽管道上均设置有压力传感器、热电偶、流量计和阀门，所述测量装置包括高速摄像头和数据采集系统，所述压力温度探针、压力传感器、热电偶、流量计和高速摄像头均与数据采集系统连接。
所述蒸汽发生器上设置有压力表。
所述水箱上设置有三维测量支架，所述压力温度探针放置在三维测量支架上，所述水箱外部设置有可视化窗口，所述可视化窗口与超声速蒸汽喷嘴在同一平面上，所述高速摄像头设置在可视化窗口上。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种多相流喷射式热交换测试装置，在超声速蒸汽喷嘴部分，设有可视化窗口，通过高速摄像头观察蒸汽以超音速喷射出喷嘴出口时，与周围过冷水接触时的传热传质和汽羽生成状况，在进水管、出水管和进蒸汽管道上均设置有压力传感器、热电偶、流量计和阀门，压力温度探针、压力传感器、热电偶、流量计和高速摄像头均与数据采集系统连接，用来观测、记录实验过程中的数据变化，自动化控制程度高，测量精度高，结构简单。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明结构示意图。
图中：1、蒸汽发生试验装置，2、喷射式热交换试验装置，3、测量装置，4、蒸汽发生器，5、过热器，6、超声速蒸汽喷嘴，7、进水管，8、出水管，9、水箱，10、进蒸汽管道，11、压力温度探针，12、压力传感器，13、热电偶，14、流量计，15、阀门，16、高速摄像头，17、数据采集系统，18、压力表，19、三维测量支架，20、可视化窗口。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明的多相流喷射式热交换测试装置，包括蒸汽发生试验装置1、喷射式热交换试验装置2和测量装置3，所述蒸汽发生试验装置1包括蒸汽发生器4和过热器5，所述蒸汽发生器4与过热器5通过蒸汽管道连接，所述喷射式热交换试验装置2包括超声速蒸汽喷嘴6、进水管7、出水管8和水箱9，所述超声速蒸汽喷嘴6通过进蒸汽管道10与过热器5连通，所述超声速蒸汽喷嘴6设置在水箱9内，进水管7和出水管8与水箱9连通，所述水箱9内设置有压力温度探针11，所述进水管7、出水管8和进蒸汽管道10上均设置有压力传感器12、热电偶13、流量计14和阀门15，所述测量装置3包括高速摄像头16和数据采集系统17，所述压力温度探针11、压力传感器12、热电偶13、流量计14和高速摄像头16均与数据采集系统17连接。
所述蒸汽发生器4上设置有压力表18。
所述水箱9上设置有三维测量支架19，所述压力温度探针11放置在三维测量支架19上，所述水箱9外部设置有可视化窗口20，所述可视化窗口20与超声速蒸汽喷嘴6在同一平面上，所述高速摄像头16设置在可视化窗口20上。
如图1所示：实验蒸汽从蒸汽发生器4当中产生，经过过热器5二次加热，确保实现过热蒸汽供给实验需要，经过阀门调整，经预先设计的进蒸汽管道10进入喷射式热交换试验装置2的超声速蒸汽喷嘴6，在超声速蒸汽喷嘴6，设有可视化窗口20，通过高速摄像头16观察蒸汽以超音速喷射出超声速蒸汽喷嘴6，与周围过冷水接触时的传热传质和汽羽生成状况。所述进水管7、出水管8和进蒸汽管道10上均设置有压力传感器12、热电偶13、流量计14和阀门15，所述测量装置3包括高速摄像头16和数据采集系统17，所述压力温度探针11、压力传感器12、热电偶13、流量计14和高速摄像头16均与数据采集系统17连接，用来观测、记录实验过程中的数据变化。
喷射式热交换装置内部流体通常是超音速流动，流体混合、凝结等现象异常复杂。该实验借助高速摄影设备观察喷射式热交换装置内部蒸汽、汽水两相的流动/交互状态，通过微纳传感技术调试、采集多相流混合状态（温度、压力、流量、比重等）信息，深入掌握内部流场的混合流动和传热过程，为优化热交换装置设计、降低能耗和噪声提供科学依据。通过对热网中各单元供回水温度、流量等参数进行动态监测，根据采集热力数据实时调整供热质量，保证换热设备与热网负荷的最佳工作匹配。描述不同装置几何尺寸、不同进出口流体工况下，喷射式热交换装置的性能变化趋势曲线，装置性能参数包括喷射系数、升压比、膨胀比等。掌握此变化规律可拓宽固定结构喷射器的工作范围，使装置可在更宽泛的参数区间内高效运行，为设计新型的可调式喷射器提供有效依据。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.多相流喷射式热交换测试装置，包括蒸汽发生试验装置（1）、喷射式热交换试验装置（2）和测量装置（3），其特征在于：所述蒸汽发生试验装置（1）包括蒸汽发生器（4）和过热器（5），所述蒸汽发生器（4）与过热器（5）通过蒸汽管道连接，所述喷射式热交换试验装置（2）包括超声速蒸汽喷嘴（6）、进水管（7）、出水管（8）和水箱（9），所述超声速蒸汽喷嘴（6）通过进蒸汽管道（10）与过热器（5）连通，所述超声速蒸汽喷嘴（6）设置在水箱（9）内，进水管（7）和出水管（8）与水箱（9）连通，所述水箱（9）内设置有压力温度探针（11），所述进水管（7）、出水管（8）和进蒸汽管道（10）上均设置有压力传感器（12）、热电偶（13）、流量计（14）和阀门（15），所述测量装置（3）包括高速摄像头（16）和数据采集系统（17），所述压力温度探针（11）、压力传感器（12）、热电偶（13）、流量计（14）和高速摄像头（16）均与数据采集系统（17）连接。
2.如权利要求1所述的多相流喷射式热交换测试装置，其特征在于：所述蒸汽发生器（4）上设置有压力表（18）。
3.如权利要求1所述的多相流喷射式热交换测试装置，其特征在于：所述水箱（9）上设置有三维测量支架（19），所述压力温度探针（11）放置在三维测量支架（19）上，所述水箱（9）外部设置有可视化窗口（20），所述可视化窗口（20）与超声速蒸汽喷嘴（6）在同一平面上，所述高速摄像头（16）设置在可视化窗口（20）上。
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