CN114199932B - 一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置 - Google Patents
一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114199932B CN114199932B CN202111493582.8A CN202111493582A CN114199932B CN 114199932 B CN114199932 B CN 114199932B CN 202111493582 A CN202111493582 A CN 202111493582A CN 114199932 B CN114199932 B CN 114199932B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- outer sleeve
- cooling water
- pipe
- heat exchange
- rotating cage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000009833 condensation Methods 0.000 title claims abstract description 73
- 230000005494 condensation Effects 0.000 title claims abstract description 73
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 97
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 8
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 8
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 8
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 7
- 238000011160 research Methods 0.000 claims description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims 2
- 230000008676 import Effects 0.000 claims 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 claims 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 5
- 238000001739 density measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000009991 scouring Methods 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- G01M99/002—Thermal testing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/14—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by using distillation, extraction, sublimation, condensation, freezing, or crystallisation
- G01N25/142—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by using distillation, extraction, sublimation, condensation, freezing, or crystallisation by condensation
Abstract
本发明提供一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，主要包括蒸汽冷凝实验段和旋转支架；蒸汽冷凝实验段包括：内管、上下外套管、上下外套管法兰、异径管、冷却水进出口端盖、快接接管、进出口视镜、旋转接头、活接密封法兰、冷却水分配联箱和热电偶；在蒸汽冷凝内管外表面加工有一定数量的盲孔，用于将热电偶钎焊在盲孔中。旋转支架包括转笼和支撑平台，转笼两端设置有两个大齿轮，中间为带有定位滑道的支撑环，齿轮架和支撑环滚轴架固定安装在支撑平台上，同时支撑平台上安装有两个径向约束支架用于防止旋转接头的壳体发生转动。本发明装置主要用于解决管内蒸汽冷凝换热实验研究过程中壁面热流密度测量不准确和数据不全面的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种管内冷凝换热实验装置，具体来说是一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，属于工业冷凝器的管内冷凝换热特性研究领域。
背景技术
管内冷凝换热作为一种高效的换热手段已经广泛应用于制冷、化工和核能等各个领域，其中在核能领域中，如在ESBWR、IRSR、SMART、KNGR等先进核电站的非能动余热排出系统中均采用管内冷凝换热的方式带走堆芯余热。如何掌握不同工况和不同设计结构条件下管内冷凝换热器的换热特性，是国内外学者重点关注的问题之一。
在冷凝换热方面，目前大部分工作主要针对竖直管外含不凝性气体的蒸汽冷凝和竖直管内纯蒸汽冷凝方面的研究，在水平管内纯蒸汽冷凝方面研究的较少。与竖直管内的纯蒸汽冷凝过程不同的是，在水平管内，蒸汽冷凝后的凝液受重力和蒸汽剪切力的作用会呈现出多种不同的流型，这对换热过程会产生重要影响。因此这就需要建立研究纯蒸汽在水平管内冷凝换热特性和冷凝流型演变研究相关的实验装置。虽然目前已有部分学者建立了类似的实验装置，但现有的实验装置大部分存在壁面温度测量不准确、温度测量设备(热电偶)易脱落以及实验装置不方便拆装等缺陷。
中国专利申请公布号CN201710168093.2 2公开了一种宽过冷度含多元气体的水平管内蒸汽冷凝换热实验系统，该系统仅仅布置了上下两个壁面温度测点，分层流情况下将会导致平均壁面温度测量不准确，同时该系统使用的壁面热电偶使用的是直接点焊在壁面上，该方式布置的热电偶不牢固，而且易受到外流场影响，测得的壁面温度测量值波动大。同时该冷凝实验段还存在着不可拆卸、温度测点脱落不可修复、壁面温度测点布置在冷却进出口处，易受流体冲击等问题。中国专利申请公布号CN202010041387.0公开了一种混合工质马兰戈尼凝结管内对流凝结实验系统及实验方法，该方法用于研究只适用于水和酒精或氨水混合工质管内马兰戈尼凝结流型可视化实验。该实验冷却水进出口方向与冷凝管轴向方向垂直，并且实验段过短将导致内部冷却水流场发展不充分；该系统的壁面热电偶安装同样使用直接点焊的方式，只能通过每个管段的中间温度测点平均值代表该段管壁平均温度，只能计算每段换热管的平均换热系数。而且该换热管段两端法兰采用焊接方式，使冷凝实验段不可拆卸、温度测点脱落不可修复。因此，为了解决纯蒸汽在水平管内冷凝换热特性实验研究方面所存在的技术问题，实现在不同的质量流速、压力和管径等宽广热工参数下，对纯蒸汽在水平管内冷凝换热特性更加准确和全面的研究，有必要设计一种可以更加准确测量壁面温度和计算局部冷凝换热系数的管内冷凝换热实验装置。
发明内容
本发明的目的在于实现一种不仅能够得到更加准确的不同周向角度位置处的壁面温度测量数据，还能获得更准确和全面的局部冷凝换热系数的周向变位纯蒸汽管内冷凝装置。该装置能够进行在不同热工、几何参数下纯蒸汽在水平管内冷凝换热特性的实验研究，并且可以依托可视化观察法对不同倾斜角度下的流型的进行识别分类。获得的不同周向角度位置处的壁面温度数据可以用以分析不同流型下局部冷凝换热特性变化规律。
本发明的目的是这样实现的：一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，主要包括蒸汽冷凝实验段和旋转支架；所述蒸汽冷凝实验段包括内管，在内管外安装有上下外套管形成冷却水通道。外套管两端分别焊接有一组外套管法兰，异径管的一端焊接在与外套管法兰相配合的法兰上，另一端焊接有一个冷却水端盖，冷却水端盖与快接接管螺纹连接，该快接接管通过软管连接冷却水分配联箱的管口，冷却水联箱的入口端连接有旋转接头；内管两端通过活接密封法兰连接进出口视镜，进出口视镜的接管上分别有用于安装固定水蒸气主流温度与压力测量元件的接头；进出口视镜分别与旋转接头法兰连接，蒸汽分别从两端的旋转接头流入和流出。所述的旋转支架包括转笼和支撑平台，转笼两端设置有两个大齿轮，中间为带有定位滑道的支撑环，齿轮架和支撑环滚轴架固定安装在支撑平台上，同时支撑平台上安装有两个径向约束支架用于防止旋转接头的壳体发生转动；转笼可以在支撑平台上进行360°周向旋转。
进一步地，所述内管的壁面厚度为3.5mm-5mm之间，且上下壁面均加工有一系列长20mm，宽2mm，深1mm的矩形槽和深度3mm的2mm直径的盲孔，每个矩形槽和圆形盲孔为一组，在内管的0°(底端)和180°(顶端)壁面相同轴向位置处各加工一组，并沿着轴向等间距分布；矩形槽的内边与圆形盲孔的圆心的距离为5mm。
进一步地，将热电偶通过钎焊的方式埋入内管表面加工的孔槽中，钎焊可以使用银焊或者锡焊；所选热电偶的直径为0.5-0.8mm，其中1mm深的矩形槽处填埋的热电偶的电偶线需要沿槽的长度方向布置，该布置方式是为了减弱冷却水流场对热电偶温度测点处的干扰影响。
进一步地，所述的冷却水空间为上下套管配合组成，上下外套管上的顶端沿着轴向等间距布置着热电偶固定接头，用于安装固定测量冷却水温度的热电偶；外套管两侧为开有一定数量孔的肋板，肋板上开有一定深度的沉槽用于放置密封垫片，并使用螺栓副配合密封。
进一步地，所述的上下外套管的两端各使用两个上下外套管密封法兰用于与异径管上所焊接的法兰相互配合，该上下外套管法兰密封法兰均加工有一定的槽口用于配合焊接外套管。
进一步地，所述的冷水进出口的混合空间是由冷却水进出口端盖、异径管和配合法兰组成，冷却水端盖中间开有一个密封螺纹孔，该密封螺纹孔用于与螺纹密封盖、挡圈和O型圈配合密封冷却水端盖与内管之间的间隙。异径管上安装有一个固定接头用于安装测量冷却水进出口温度的热电偶；在异径管空间的内管上安装绝热套管，该套管在异径管焊接法兰和外套管连接处加工有与异径管相同锥度。
进一步地，所述的冷却水端盖上周向均匀开有4个螺纹孔，该螺纹孔与快接接管配合用于输送冷却水；加工的螺纹孔的中心距应该大于冷却水外套管内径，使得冷却水进入时冲击在异径管的壁面上，防止直接射流进入冷却水通道。
所述的冷却水侧的冷却水进出口流动方向与换热管轴向平行，目的是避免冷却水以其它方向流入对管壁的冲击，对冷却水进出口区域处换热管局部换热性能产生影响，同时也保证了冷却水流场的均匀。
进一步地，所述内管两端使用加工带有内凸台和螺纹孔的活接法兰与螺纹密封盖、挡圈和O型圈密封配合，再与进出口视镜连接管上的法兰螺栓连接配合。
进一步地，所述的旋转接头可以用于输送220℃以下饱和蒸汽，与壳体连接的弯通连接蒸汽进出口，内部的空心轴与进出口视镜一端法兰连接，可以实现壳体固定、试验件随着空心轴周向旋转的效果。
进一步地，所述的冷却水流量分配联箱对称布置有4个接口，用于与冷却水端盖上的快接接管连接，一端连接旋转接头的空心轴法兰，实现冷却水进出口接管可以随着实验段周向旋转的同时，防止造成冷却水软管打结。
进一步地，所述的转笼的一端设置有手柄用于旋转转笼，并设有一个水平放置板，用于放置角度传感器，测量转笼旋转的角度值。
进一步地，所述支撑平台上安装有两个齿轮架，用于支撑转笼两端安装的大齿轮，同时大齿轮和小齿轮配合运动。
进一步地，所述支撑平台上安装有两个支撑环滚轴架，该支撑环滚轴架上安装有三个支撑转轴，与转笼上的支撑环相配合，主要起到支撑转笼的作用，同时支撑环滚轴架两侧各开有两螺纹孔，通过螺栓旋紧插入转笼上支撑环的滑道槽中，两端螺栓可以起到夹紧并轴向固定转笼的作用。
进一步地，所述转笼两端还安装有夹紧支撑座，该支撑座包括螺栓配合的卡套和绝热垫圈，支座卡套使用螺栓连接用于夹紧内管两端；该支撑座上还加工有长条形孔洞，用于与轴向压紧板配合。
进一步地，所述支撑平台上安装有两个径向约束支架，该支架上安装有可滑动的槽板。
进一步地，所述的壁面温度热电偶需要先穿过外套管开的孔后再钎焊在内管的孔槽中，焊接好壁面热电偶后再将上下外套管配合安装，外套管上加工的热电偶引出孔需要密封处理，防止冷却水泄露。
同时，所述装置可以将多个冷凝实验段串联使用，在每两个冷凝段之间的安装有相应的视镜组件，可以实现对于冷凝过程中特定含气率时出现流型的直接观测，研究特定流型的冷凝换热特性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过使用可拆卸冷凝试验管段可以使得上下外套管可以自由开合而不破坏温度测量元件，该方案很大程度上避免了每更换一次换热管的时候其他配合件也要重新制造的麻烦，以及在试验过程中，流体的冲刷和振动可能会导致热电偶脱落不易更换的问题。
(2)本发明通过使用壁面开槽法，即采用银焊或锡焊填充热电偶的方式能够提高温度测点的牢固性和测量准确性。而且该热电偶布线方式能够尽可能降低因热电偶线对局部流体的扰动造成的测点位置壁面温度波动的影响。使用不同深度槽测得的温度再由导热公式直接计算得到管内局部热流密度，避免了水平管内纯蒸汽冷凝时由于冷却水热分层造成的冷却水温度测量不准确对管内冷凝热流密度产生影响的问题。
(3)本发明采用的冷却水沿轴向流入流出的的方式，使得冷却水在异径管空间内进行了充分的搅混后进入外套管中，比垂直于轴向直接进入冷却通道的方式更能确保冷却水流场的均匀性。
(4)本发明采用的旋转接头和旋转支架可以使冷凝实验段在360°周向转动，可以获得在不同周角位置处的壁面温度和冷凝换热系数，使得实验获得的数据更加全面。同时，周向仅需要一组热电偶就可以获得整个截面在不同周向角度的温度数据；相比于周向布置多个热电偶，该方法避免了冷却水通道内的存在大量热电偶线对流场扰动的弊端。
(5)本发明使用具有易拆装性的冷凝试验段可以将多个冷凝段串联，可以实现在宽广的含气率变化范围内对水平管内冷凝换热过程中流型及其换热特性开展研究。
附图说明
图1是本发明实施例中蒸汽冷凝实验段和旋转支架装配时的结构示意图；
图2是蒸汽冷凝换热实验段装置图；
图3是蒸汽冷凝换热实验段装置的A-A剖面图；
图4是壁面温度热电偶周向布置图；
图5是冷凝实验段与流量分配联箱连接示意图；
图6齿轮支架配合与轴承支撑座结构示意图；
图7是支撑环滚轴架与支撑环装配局部放大图；
图8是径向约束支架局部放大图；
附图中的标记为：内管1、上外套管2、下外套管3、热电偶固定接头4、冷却水测量热电偶5、上外套管法兰6、下外套管法兰7、异径管8、冷却水端盖9、快接接管10、视镜组件11、蒸汽旋转接头12、流量分配联箱13、软管14、齿轮支架15、大齿轮16、支撑环17、支撑环滚轴架18、夹紧支撑座19、轴向压紧板20、径向约束支架21-1、滑动螺杆21-2、滑动槽板21-3、支撑平台22、法兰23、法兰垫片24、活接法兰25、O型圈Ⅰ26、挡圈Ⅰ27、螺纹密封盖Ⅰ28、螺纹密封盖Ⅱ29、挡圈Ⅱ30、O型圈Ⅱ31、绝热套管32、壁面热电偶引出孔33、套管垫片34、转动手柄35、角度传感器放置板36、小齿轮37、绝热垫圈38、支座卡套39、压紧螺栓40、支撑转轴41、冷却水旋转接头42。
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，本发明提供一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，主要包括蒸汽冷凝实验段和旋转支架；所述蒸汽冷凝实验段包括内管1，内管1外与上外套管2和下外套管3形成环形冷却水通道。上下外套管两端分别焊接有相配合的上下外套管法兰6和7，异径管8的一端焊接在与外套管法兰6和7相配合的法兰上，另一端焊接有一个冷却水端盖9，形成冷却水入口的混合空间。冷却水端盖9与快接接管10螺纹连接，该快接接管10通过软管14连接冷却水流量分配联箱13的管口，冷却水联箱的入口端连接有冷却水旋转接头42；内管1两端通过活接密封法兰连接进出口视镜11，进出口视镜11的接管上配置有用于测量蒸汽进出口温度和压力的热电偶固定接头和引压孔；进出口视镜11分别与蒸汽旋转接头12的法兰连接，蒸汽从分别从两端的蒸汽旋转接头12流入和流出。所述的旋转支架包括转笼和支撑平台，转笼两端设置有两个大齿轮16，中间为带有定位滑道的支撑环17，齿轮支架15和支撑环滚轴架18固定安装在支撑平台22上，同时支撑平台22上安装有两个径向约束支架21用于防止蒸汽旋转接头12的壳体发生转动；转笼可以在支撑平台22上进行360°周向旋转。
如图2、图3、图4和图5所示，所述的冷却水空间为上下外套管2和3配合组成，上、下外套管2和3上的顶端沿着轴向等间距布置着热电偶固定接头4，用于安装固定冷却水温度测量热电偶5，冷却水温度测量热电偶5的直径为1-2mm直径，不易选用过粗的热电偶测量水温，因为这将导致温度响应时间过长；上下外套管2和3两侧为开有一定数量孔的肋板，肋板上开有一定深度的沉槽用于放置密封垫片，并使用螺栓副配合密封。同时上下外套管2和3两端使用两个上下外套管法兰6和7用于与异径管8上所焊接的法兰配合，该法兰均加工有一定的缺口用于配合外套管。
所述的冷水进出口的混合空间是由冷却水进出口端盖9、异径管8和配合法兰组成，冷却水端盖中间开有一个密封螺纹孔，该密封螺纹孔用于与螺纹密封盖Ⅱ29、挡圈Ⅱ30、O型圈Ⅱ31配合密封冷却水端盖9与内管1之间的间隙，防止冷却水泄露；异径管8上装有一个热电偶固定接头用于固定冷却水进出口处温度测量热电偶；在异径管8空间范围内的内管1部分安装一个绝热套管32，该绝热套管32在异径管8焊接法兰和外套管2和3连接处加工有与异径管相同锥度。
所述的冷却水端盖9上周向均匀开有4个螺纹孔，该螺纹孔与快接接管10配合用于输送冷却水；加工的螺纹孔的中心距应该大于外套管2和3形成的冷却水内径，使得冷却水进入时冲击在异径管8的壁面上，形成一定缓冲作用，防止直接射流进入冷却水通道；经过均匀分布的4个冷却水进口管后，沿着轴向进出冷却水通道的冷却水在流动过程中能形成均匀的流场。
所述内管1两端使用加工带有内凸台和螺纹孔的活接法兰25、O型圈Ⅰ26、挡圈Ⅰ27和螺纹密封盖Ⅰ28，再与进出口视镜组件11连接管上的法兰23使用螺栓连接配合，使得内管1与视镜组件11连接处可以拆装，实现了可以自由更换试验件的目的。
所述的蒸汽旋转接头12可以用于输送220℃以下饱和蒸汽，与壳体连接的弯通连接蒸汽进出口，内部的空心轴与进出口视镜一端法兰连接，可以实现壳体固定，试验件随着空心轴周向旋转。冷却水流量分配联箱13对称布置有4个接口，分别使用软管14用于与冷却水端盖9上的快接接管10连接，流量分配联箱13的一端连接旋转接头的空心轴法兰，实现冷却水进出口接管可以随着实验段周向旋转360°，防止造成冷却水软管打结。
所述内管1的壁面厚度为3.5mm-5mm之间，且上下壁面均加工有一系列长20mm，宽2mm，深1mm的矩形槽和深度3mm的2mm直径的盲孔，这些盲孔用于安装测量壁面温度的热电偶；其中每个矩形槽和圆形盲孔为一组，在内管1的0°(底端)和180°(顶端)壁面在相同轴向位置处各加工一组，并沿着轴向等间距分布，并且在距离蒸汽进口较近的壁面上以间隔相对其他热电偶较小的间距加工一组，目的是为了能够获得在蒸汽进口位置处开始发生冷凝时的实验数据；加工的矩形槽的内边与圆形盲孔的圆心的距离为1mm-5mm，该距离的值取决于加工工艺精度，应该尽可能小。将热电偶通过钎焊的方式埋入内管表面加工的孔槽中，钎焊可以使用银焊或者锡焊，对于耐高温的热电偶优先选择银焊；壁面热电偶的直径为0.5-0.8mm，热电偶选取过细将会导致易断裂，过粗将会导致温度时间响应过长。其中在对于1mm深的矩形槽所安装热电偶的电偶线需要沿槽的长度方向填埋布置，目的是为了降低外界冷却水流动对壁面热电偶温度测点处的干扰影响。壁面温度热电偶需要先穿过外套管2和3上开的引出孔33后再钎焊在内管1的孔槽中，焊接好壁面热电偶后再将外套管安装好，外套管上加工的热电偶引出孔33使用密封胶进行密封处理，防止冷却水泄露。
在内管1的深槽内的热电偶测量温度为Tb，浅槽内的温度为Ta，该内壁面热流密度q的计算公式为：
内壁面温度Tw,in计算公式为：
管内冷凝换热系数h计算公式为：
如图6、图7和图8所示，所述的转笼的一端设置有转动手柄35用于旋转转笼，并设有一个水平布置的角度传感器放置板36，用于放置角度传感器，测量转笼旋转的角度值，该角度值表明了壁面热电偶测点的周向位置。所述支撑平台上安装有两个齿轮架15，用于支撑转笼两端安装的大齿轮16，同时大齿轮16和小齿轮37配合运动。所述支撑平台22上安装有两个支撑环滚轴架18，该支撑环滚轴架18上安装有三个支撑转轴41，与转笼上的支撑环17相配合，主要起到支撑转笼的作用，支撑环17的侧面均加工有一定深度的圆环滑道，同时支撑环滚轴架18两侧各开有两螺纹孔，当希望转笼旋转角度固定时，通过压紧螺栓40旋紧插入转笼上支撑环17的滑道槽中，两端压紧螺栓40可以起到夹紧支撑环17并轴向固定转笼的作用。所述转笼两端还安装有轴承支撑座19，该支撑座19与支座卡套39使用螺栓配合用于夹紧固定内管1，同时在内管1和支座卡套39之间使用绝热垫圈38隔离，用于减少实验段向转笼支架之间的导热；该支撑座19上还加工有长条形孔洞，用于与轴向压紧板20配合，使用轴向压紧板20将活接法兰25与轴承支撑座19在轴向上定位，防止因为压力过高导致活接法兰25与内管1的接口被冲开。所述支撑平台上安装有两个径向约束支架21-1，该支架上安装有滑动螺杆21-2和可滑动的槽板21-3，滑动螺杆21-2通过径向约束支架21-1上的孔内滑动使槽板21-3可以顶住蒸汽旋转接头12，槽板21-3的两端的挡板间距使得蒸汽旋转接头12的壳体不会发生转动，配合实现实验段整体跟着转笼周向转动；同时需要注意的是冷凝实验段的重量主要是依靠齿轮支架15和支撑环滚轴架18支撑，径向约束支架21-1仅仅起到约束蒸汽旋转接头12的作用，不会承受重力。
本发明提供了一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，该装置通过壁面开槽填埋热电偶的方法提高了壁面温度测量的准确性和热电偶的牢固性，避免了流体的冲刷和振动可能会导致热电偶脱落不易更换的问题。同时不同深度槽温度测点的布置可以用于直接计算得到局部冷凝换热系数。该装置结构的可拆卸性实现了换热管件与温度测量元件的自由更换，轴向方向的冷却水进出口方式确保了流场的均匀性；使用多个冷凝段串联的方式实现了在宽广的含气率变化范围内对冷凝换热过程中水平管内流型及其换热特性的研究。并且周向360°可自由旋转的结构特性可以在使用少量壁面热电偶的前提下，在实验时就能够得到更加准确的壁面任意周向角度处温度分布规律，所得数据可以用以分析流型的种类和发展过程，为更深入了解冷凝换热器的水平管内冷凝换热特性提供理论依据和数据支撑。
综上，本发明公开了一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置。本发明主要包括蒸汽冷凝实验段和旋转支架；蒸汽冷凝实验段包括：内管、上下外套管、上下外套管法兰、异径管、冷却水进出口端盖、快接接管、进出口视镜、旋转接头、活接密封法兰、冷却水分配联箱和热电偶；在蒸汽冷凝内管外表面加工有一定数量的盲孔，用于将热电偶钎焊在盲孔中。旋转支架包括转笼和支撑平台，转笼两端设置有两个大齿轮，中间为带有定位滑道的支撑环，齿轮架和支撑环滚轴架固定安装在支撑平台上，同时支撑平台上安装有两个径向约束支架用于防止旋转接头的壳体发生转动。本发明装置主要用于解决管内蒸汽冷凝换热实验研究过程中壁面热流密度测量不准确和数据不全面的问题。
Claims (10)
1.一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，其特征在于：包括蒸汽冷凝实验段和旋转支架，所述蒸汽冷凝实验段包括内管，在内管外安装有上下外套管并形成冷却水流道，上下外套管两端分别焊接有一组外套管法兰，异径管的一端焊接在与外套管法兰相配合的法兰上，另一端焊接有一个冷却水端盖，冷却水端盖与快接接管螺纹连接，该快接接管通过软管连接冷却水分配联箱的管口，冷却水分配联箱的入口端连接有旋转接头；内管两端通过活接密封法兰连接进出口视镜，进出口视镜的接管上分别有用于安装固定水蒸气主流温度与压力测量元件的接头；进出口视镜分别与旋转接头法兰连接，蒸汽分别从两端的旋转接头流入和流出；所述旋转支架包括转笼和支撑平台，转笼两端设置有两个大齿轮，中间为带有定位滑道的支撑环，齿轮架和支撑环滚轴架固定安装在支撑平台上；支撑平台上安装有两个径向约束支架用于防止旋转接头的壳体发生转动；转笼能够在支撑平台上进行360°周向旋转。
2.根据权利要求1所述的一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，其特征在于：所述内管的上下壁面均加工有一系列的矩形槽和圆形盲孔，每个矩形槽和圆形盲孔为一组，在内管底端和顶端壁面相同轴向位置处各加工一组，并沿着轴向等间距分布；矩形槽的内边与圆形盲孔的圆心的距离为5mm；将热电偶通过钎焊的方式埋入内管表面加工的孔槽中，钎焊使用银焊或者锡焊；矩形槽处填埋的热电偶的电偶线需要沿槽的长度方向布置。
3.根据权利要求1所述的一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，其特征在于：冷却水空间为上下外套管配合组成，上下外套管上的顶端沿着轴向等间距布置有热电偶固定接头，用于安装固定测量冷却水温度的热电偶；上下外套管两侧为开有一定数量孔的肋板，肋板上开有一定深度的沉槽用于放置密封垫片，并使用螺栓副配合密封；所述上下外套管的两端各使用两个上下外套管密封法兰用于与异径管上所焊接的法兰相互配合，该上下外套管密封法兰均加工有一定的槽口用于配合焊接上下外套管。
4.根据权利要求3所述的一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，其特征在于：冷却水进出口的混合空间是由冷却水进出口端盖、异径管和配合法兰组成，冷却水端盖中间开有一个密封螺纹孔，该密封螺纹孔用于与螺纹密封盖、挡圈和O型圈配合密封冷却水端盖与内管之间的间隙；异径管上安装有一个接头用于安装固定测量冷却水进出口温度的热电偶；在异径管空间的内管上安装绝热套管，该绝热套管在异径管焊接法兰和上下外套管连接处加工有与异径管相同锥度；所述冷却水端盖上周向均匀分布开有4个螺纹孔，该螺纹孔与快接接管配合用于输送冷却水；加工的螺纹孔的中心距大于上下外套管内径，使得冷却水进入时直接冲击在异径管的壁面上，防止其射流进入冷却水通道；冷却水侧的冷却水进出口流动方向与换热管轴向平行。
5.根据权利要求1所述的一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，其特征在于：所述内管两端使用加工有内凸台和螺纹孔的活接法兰与螺纹密封盖、挡圈和O型圈密封配合，再与进出口视镜连接管上的法兰螺栓连接配合。
6.根据权利要求1所述的一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，其特征在于：所述旋转接头用于输送220℃以下饱和蒸汽，与壳体连接的弯头连接蒸汽进出口，内部的空心轴与进出口视镜一端法兰连接，实现壳体固定、试验件随着空心轴周向旋转。
7.根据权利要求1所述的一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，其特征在于：所述冷却水分配联箱对称布置有4个接口，用于与冷却水端盖上的快接接管连接，一端连接旋转接头的空心轴法兰，实现了冷却水进出口接管随着实验段周向旋转的同时，防止冷却水软管打结。
8.根据权利要求1所述的一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，其特征在于：所述转笼的一端设置有手柄用于旋转转笼，并设有一个水平放置板，用于放置角度传感器，测量转笼旋转的角度值。
9.根据权利要求1所述的一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，其特征在于：所述支撑平台上安装有两个齿轮架，用于支撑转笼两端安装的大齿轮，同时大齿轮和小齿轮配合运动；所述支撑平台上安装有两个支撑环滚轴架，该支撑环滚轴架上安装有三个支撑转轴，与转笼上的支撑环相配合，主要起到支撑转笼的作用，同时支撑环滚轴架两侧各开有两个螺纹孔，通过螺栓旋紧插入转笼上支撑环的滑道槽中，两端螺栓起到夹紧并轴向固定转笼的作用；所述转笼两端还安装有夹紧支撑座，该支撑座包括螺栓配合的卡套和绝热垫圈，支座卡套使用螺栓连接并用于固定夹紧内管；该支撑座上还加工有长条形孔洞，用于与轴向压紧板配合；所述支撑平台上安装有两个径向约束支架，该支架上安装有可滑动的槽板；壁面温度热电偶需要先穿过上下外套管开的孔后再钎焊在内管的孔槽中，焊接好壁面热电偶后再将上下外套管配合安装，上下外套管上加工的热电偶引出孔需要密封处理，防止冷却水泄漏。
10.根据权利要求1所述的一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置，其特征在于：装置能够将多个冷凝实验段串联使用，在每两个冷凝段之间的安装有相应的视镜组件，实现对于冷凝过程中特定含气率时出现流型的直接观测，研究特定流型下的管内冷凝换热特性。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111493582.8A CN114199932B (zh) | 2021-12-08 | 2021-12-08 | 一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111493582.8A CN114199932B (zh) | 2021-12-08 | 2021-12-08 | 一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114199932A CN114199932A (zh) | 2022-03-18 |
| CN114199932B true CN114199932B (zh) | 2023-12-01 |
Family
ID=80651386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111493582.8A Active CN114199932B (zh) | 2021-12-08 | 2021-12-08 | 一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114199932B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DD268527A1 (de) * | 1988-01-29 | 1989-05-31 | Halle Maschf Veb | Einrichtung zur messung der kondensationstemperatur |
| CN103033532A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-04-10 | 哈尔滨工程大学 | 含有多组分不凝性气体的蒸汽冷凝换热实验装置 |
| CN103424423A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-12-04 | 江苏乐科热力科技有限公司 | 蒸汽冷凝换热测试装置 |
| CN108592997A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-09-28 | 中国核动力研究设计院 | 一种水平圆管蒸汽冷凝传热热工参数测量装置 |
| CN111984044A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-11-24 | 航天晨光股份有限公司 | 水平管外冷凝换热试验中双管流量和出口压力协同控制方法 |
| KR20210131490A (ko) * | 2020-04-23 | 2021-11-03 | 한국생산기술연구원 | 전열촉진관부의 평균열전달계수 감소값 측정을 위한 시험장치 및 시험방법 |
-
2021
- 2021-12-08 CN CN202111493582.8A patent/CN114199932B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DD268527A1 (de) * | 1988-01-29 | 1989-05-31 | Halle Maschf Veb | Einrichtung zur messung der kondensationstemperatur |
| CN103033532A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-04-10 | 哈尔滨工程大学 | 含有多组分不凝性气体的蒸汽冷凝换热实验装置 |
| CN103424423A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-12-04 | 江苏乐科热力科技有限公司 | 蒸汽冷凝换热测试装置 |
| CN108592997A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-09-28 | 中国核动力研究设计院 | 一种水平圆管蒸汽冷凝传热热工参数测量装置 |
| KR20210131490A (ko) * | 2020-04-23 | 2021-11-03 | 한국생산기술연구원 | 전열촉진관부의 평균열전달계수 감소값 측정을 위한 시험장치 및 시험방법 |
| CN111984044A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-11-24 | 航天晨光股份有限公司 | 水平管外冷凝换热试验中双管流量和出口压力协同控制方法 |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| "Condensation heat and mass transfer of steam with non-condensable gases outside a horizontal tube under free convection";Junhui Lu 等;《International Journal of Heat and Mass Transfer》;第564-576页 * |
| "Heat transfer characteristics of steam condensation flow in vacuum horizontal tube";Yaoxuan Wang 等;《International Journal of Heat and Mass Transfer》;第128-135页 * |
| "动载作用下管内汽水两相流传热特性";赵枚;《航空动力学报》;第24卷(第3期);第543-546页 * |
| "含空气逸流的水平管外冷凝实验装置设计";张俊霞;《化工机械》;第44卷(第3期);第279-283页 * |
| "摇摆对水平管内气液两相流流型影响的研究";方红宇;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》(6);第A004-38页 * |
| "空气对水平管内蒸汽强制对流冷凝换热特性的影响";徐慧强 等;《哈尔滨工程大学学报》;第36卷(第11期);第1443-14447页 * |
| "竖管外含不凝性气体蒸汽冷凝传热特性研究";宿吉强;《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》(6);第C040-6页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114199932A (zh) | 2022-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111220642B (zh) | 混合工质马兰戈尼凝结管内对流凝结实验系统及实验方法 | |
| CN103106935B (zh) | 用于侦测同轴管之间的环形间隔件位置的装置和方法 | |
| CN108592997B (zh) | 一种水平圆管蒸汽冷凝传热热工参数测量装置 | |
| CN105014336A (zh) | 双管板换热器新型的制造工艺 | |
| US5425267A (en) | Corrosion simulator and method for simulating corrosion activity of a process stream | |
| CA2864231A1 (en) | Modular plate and shell heat exchanger | |
| CN112595562B (zh) | 可灵活布置的质谱同温原位采样接口和质谱同温原位采样方法 | |
| CN104535209A (zh) | 一种水平套管式冷凝器壁面多点温度测量装置 | |
| CN103424423A (zh) | 蒸汽冷凝换热测试装置 | |
| CN114199932B (zh) | 一种周向变位水平管内蒸汽冷凝换热实验装置 | |
| CN106501306B (zh) | 一种传热管可换式传热实验装置 | |
| CN104949550A (zh) | 套管浮动式蒸发汽化装置 | |
| CN105091631A (zh) | 一种具备实时监测泄露功能的同轴管式换热器 | |
| CN102706397A (zh) | 大管径低压头水流量测量装置及方法 | |
| CN206945231U (zh) | 一种水压试验密封装置 | |
| CN206772465U (zh) | 一种长杆铂电阻温度计校准装置 | |
| CN105466645A (zh) | 一种锅炉尾部烟道漏风系数的快速检测系统及检测方法 | |
| CN207006937U (zh) | 一种u型管式换热器 | |
| CN104089928B (zh) | 一种基于激光干涉法的低温流体可视化监测装置 | |
| CN204286624U (zh) | 一种水平套管式冷凝器壁面多点温度测量装置 | |
| CN203758940U (zh) | 套管内部流体物性参数测试装置 | |
| CN106680006A (zh) | 一种分体管壳式余热锅炉实验系统及实验方法 | |
| CN208779975U (zh) | 一种用于燃料考验回路冷却的热交换装置 | |
| CN205300864U (zh) | 一种锅炉尾部烟道漏风系数的快速检测系统 | |
| Yan et al. | Industrially experimental investigations and development of the curve-ROD baffle heat exchanger |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |