CN115032123A - 一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置 - Google Patents
一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115032123A CN115032123A CN202210280460.9A CN202210280460A CN115032123A CN 115032123 A CN115032123 A CN 115032123A CN 202210280460 A CN202210280460 A CN 202210280460A CN 115032123 A CN115032123 A CN 115032123A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aerosol
- pipeline
- gas
- mixing
- experiment
- 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.)
- Granted
Links
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims abstract description 137
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000013508 migration Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000005012 migration Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 57
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 40
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 4
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 7
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004924 electrostatic deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000000941 radioactive substance Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
本发明提供一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置，主要包括气体混合系统、气溶胶浓度测量系统及管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统，能够制造在不同蒸汽份额、温度、压力条件下气溶胶均匀分布的混合气体，以及营造不同温度的管外环境，并实现对此条件下管道内的气溶胶穿透及沉积效率的测量。可以对管径、管外壁温度、气体流量、气体蒸汽份额、气体温度、管内压力等参数作为变量进行控制，可实现对不同热工环境条件下气溶胶在管内迁移及沉积特性的研究。本实验装置能够实现对气溶胶粒径分布的准确测量，实验装置各结构的设计均考虑到了气溶胶的沉积，减少了测量误差，具有较好的实验稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置，用于研究复杂热工环境下利用取样管对气溶胶进行取样的过程中造成的气溶胶沉积现象。
背景技术
反应堆严重事故的发生，比如堆芯燃料元件包壳的失效，可能会造成大量裂变产物释放，并随着蒸汽与不凝性气体向外迁移，裂变产物在向外迁移的过程中可能会与多种物质反应形成不同的化学形式，并随着温度压力等环境条件的变化以气态与固态的形式存在，气溶胶则是其存在的主要形式之一，比如，放射性气体在进入较冷区域时会通过均相成核与非均相成核现象转变为气溶胶。放射性气溶胶最终会随气体迁移到安全壳内，若伴随着安全壳的完整性受到破坏，气溶胶则会进一步释放到外界环境中，并对周边人员及环境造成严重的放射性危害。为了评估其可能造成的放射性威胁，并设计相应的事故缓解手段，需要对安全壳内放射性气溶胶浓度分布进行准确地测量。
严重事故不同发展进程中，气溶胶的释放及迁移现象存在较大差异，比如气溶胶在液相中的池式水洗现象、在管内输送过程中的凝并及稀释增长现象以及在安全壳气空间内的自然沉降现象，目前针对上述现象的预测模型还很不完善，需要开展专门的精细化试验进行修正和验证。因此为了对安全壳内放射性气溶胶行为进行预测，需要针对安全壳内影响气溶胶迁移、沉积的大型热工水力现象进行系统性的实验研究，并得到准确的实验数据以辅助构建相关精细化模型。考虑到在严重事故下安全壳内的热工环境较为复杂，无论是针对事故下的气溶胶浓度测量，还是针对气溶胶迁移沉积现象进行实验，都需要考虑在高温、高压、高湿度这样复杂的热工环境下对气溶胶浓度的测量。为了满足大多数气溶胶浓度测量设备的工作需求，需要采用取样管取样的方式将具有代表性的气溶胶取出并进行测量，比如专利号200620113 189.6和专利号20151094124 0.6提出的气溶胶取样测量装置，均为先采用管道对气溶胶进行取样，然后利用气溶胶滤纸对放射性气溶胶进行收集并测量，但是此方法不适用于高温高压的环境，气溶胶在取样管中由于冷凝等因素造成的损失较大；专利号20172061808 7.8和专利号202110819878.8提出了一种适用于高温高压用的气溶胶取样系统，先利用取样管对待测环境中的气溶胶进行取样，然后通过滤膜收集或者粒径谱仪在线测量的方式对气溶胶进行测量，通过伴热确保了整个系统环境维持在高温条件下以减少水蒸汽的冷凝，能够提高取样测量结果的准确性。但是气溶胶在取样管的流动过程中，可能会受重力、惯性力等作用接触壁面进而沉积，这会影响最终的测量结果，同时取样管外的伴热很难确保取样管壁面温度及时追随取样环境的温度变化，取样管壁的温度高于或者低于样本气体温度均可能影响气体流动特性进而造成气溶胶的损失，所以需要对气溶胶在取样管中的损失进行综合性评估，并将其考虑在测量结果中以提高测量的准确性。
目前针对气溶胶在管道内沉积特性的研究主要集中在大气环境领域，比如对核设施烟囱排放流中的气载放射性物质进行取样检测、对大气环境内的颗粒物进行检测，均涉及到取样管道，其特点在于流动介质为空气，温度压力为常温常压环境。文献“气溶胶取样管道中粒子损失的实验研究(李爱武，2003)”提出了一种研究不同直管、弯头内气溶胶沉积的实验装置，依靠TS13450型标准粒子产生器直接产生气溶胶，配合高效滤纸对气溶胶进行监测，实验系统较为完善且方便灵活，能够控制注入速度、浓度及管道尺寸形状等参数进行实验。“Deposition of nanosized particle in cylindrical tubes under laminer andturbulent flow conditions(Malet，2000)”提出了研究圆形直管内层流及紊流条件下气溶胶沉积特性的实验装置，能够对系统内的温度、压力进行监测，并控制气体流动情况，实验系统较为完善且精细。上述实验装置大多是基于大气环境领域内的颗粒物浓度监测作为背景而设计的，所以仅适用于空气作为介质的工作条件，且不适用于高温高压的环境。
发明内容
本发明的目的是设计研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置，能够实现对不同蒸汽份额、温度、压力下的气溶胶环境进行模拟，进而实现对不同流速、不同管壁温度下气溶胶沉积特性的研究，为评估气溶胶在取样测量过程中的损失提供数据支撑，提高测量准确性。
本发明的目的是这样实现的：气体混合系统、管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统、气溶胶浓度测量系统及对比实验系统，气体混合系统用于营造不同压力、温度及蒸汽份额下的气溶胶环境；管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统用于营造额定温度的管外壁环境以及模拟气溶胶在管道内的迁移沉积过程；气溶胶浓度测量系统用于测量气溶胶浓度。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述气体混合系统包括电加热锅炉1.1、空气压缩机1.2、气溶胶发生器1.3、混合管道1.4、取样管1.5、均气装置1.7、调节阀1.8及电加热装置1.9，电加热锅炉1.1、空气压缩机1.2及气溶胶发生器1.3安装在实验系统的上游，分别用于产生固定流量的蒸汽、空气及气溶胶，并在混合管道1.4的前端混合，然后经过均气装置1.7进入混合管道1.4；均气装置1.7起到了使气溶胶在径向方向均匀分布的作用，混合均匀后的混合介质进入混合管道1.4内以低流速向下游继续流动，利用混合管道1.4上安装的热电偶及压力传感器对热工参数进行监测；调节阀1.8安装在混合管道1.4的后端，混合管道1.4的外侧安装有螺旋式包覆的电加热装置1.9，取样管1.5及取样管1.6则安装位置在风道1.1中间段，采用了L型的结构设计，方向与来流气体的流动方向相反，用于取出浓度相同的样本气体，一路进入管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统，另一路则作为管道入口的气溶胶样本进行浓度测量。
2.管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统包括入口混合段2.1、实验段2.2、入口管2.3、出口管2.4、驱动泵2.5、电加热器2.6、冷却器2.7、出口混合段2.8、电加热器2.9、换热盘管2.10及电加热器2.11，入口混合段2.1、实验段2.2及出口混合段2.8构成了实验系统的主体，入口混合段2.1和出口混合段2.8作为实验管道的入口及出口过渡结构，分别与取样管1.5和气溶胶浓度测量系统连接，入口混合段2.1采用了变截面出口设计，出口混合段2.8的出口采用了渐缩后渐扩的内部结构设计，与混合管道1.4下游的调节阀1.8配合；实验段2.2是实验管道外侧温度的控制主体，与实验管道间形成了套管式安装方式，实验段2.2与实验管道间的空隙装满了水，换热盘管2.10及电加热器2.11安装在实验段2.2与实验管道之间，均以螺旋管的形式布置，换热盘管2.10内部的流动介质为水，利用电加热器2.6及冷却器2.7对流动水温度进行控制，然后利用驱动泵2.5使得盘管内的水不断流动来控制实验段2.2内的水温，电加热器2.11对实验段2.2内的水温进行快速升温及控制，换热盘管2.10在温度接近控制温度时进行稳定地控制。
3.气溶胶浓度测量系统包括高压气腔3.1、质量流量计3.2、均气装置3.3、电加热装置3.4、冷却器3.5及扫描电迁移粒径谱仪3.6，通过实验管道进入气溶胶浓度测量系统的气体首先被来自高压气腔3.1的高温空气进行稀释，来降低蒸汽的分压，此时的空气温度较高不会造成蒸汽的冷凝，且空气通过均气装置3.3在管内壁附近以与来流气体平行的方向流入管道，电加热装置3.4安装在均气装置3.3的外壁，根据安装在均气装置3.3出口的热电偶提供信号反馈，采用PID控制加热功率，保证空气温度大于从实验管道流出气体的饱和温度，被稀释后的混合气体经过冷凝器3.4进行降温处理，满足扫描电迁移粒径谱仪3.5的测量需要，补气气流的流量可以利用质量流量计3.2来进行检测，对稀释比例进行推算，得到真实的实验管道出口浓度。
4.对比实验系统包括入口混合段2.1及出口混合段2.8，从取样管1.6取出的气体先后经过入口混合段2.1及出口混合段2.8然后进入气溶胶浓度测量系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本实验装置可以实现对不同压力、温度及蒸汽份额下气溶胶在管道内迁移沉积过程的模拟，解决了目前缺乏相关实验的不足。本实验装置可以改变管道尺寸及管外壁温度，对不同的取样条件进行模拟，可研究的变量较为全面，能够对此现象进行系统性的实验研究。本实验装置采用了对照式的实验系统设计，系统性地考虑了气溶胶在装置内气溶胶损失，得到的测量结果精度较高。
附图说明
图1是实验系统图；
图2是实验段结构示意图；
图3是实验段安装示意图；
图4是补气装置结构图；
图5是入口气溶胶浓度测量结构示意图。
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。
本发明的实验系统设计主要包括气体混合系统、管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统、气溶胶浓度测量系统及对比实验系统；其中气体混合系统用于营造不同压力、温度及蒸汽份额下的气溶胶环境；管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统用于营造额定温度的管外壁环境以及模拟气溶胶在管道内的迁移沉积过程；气溶胶浓度测量系统用于测量气溶胶浓度。
所述的气体混合系统主体由电加热锅炉1.1、空气压缩机1.2、气溶胶发生器1.3、混合管道1.4、取样管1.5、均气装置1.7、调节阀1.8及电加热装置1.9组成。其中，电加热锅炉1.1、空气压缩机1.2及气溶胶发生器1.3安装在实验系统的上游，分别用于产生固定流量的蒸汽、空气及气溶胶，并在混合管道1.4的前端混合，然后经过均气装置1.7进入混合管道1.4。均气装置1.7起到了使气溶胶在径向方向均匀分布的作用，混合均匀后的混合介质进入混合管道1.4内以低流速向下游继续流动，可以利用混合管道1.4上安装的热电偶及压力传感器对热工参数进行监测。调节阀1.8安装在混合管道1.4的后端，可用于控制混合管道1.4内的压力，辅助控制热工环境。混合管道1.4的外侧安装有螺旋式包覆的电加热装置1.9，配合温度监测及PID控制器来控制管外壁温度，减少由于管壁散热造成的蒸汽冷凝，避免蒸汽份额及气溶胶浓度的不稳定波动。取样管1.5及取样管1.6则安装位置在风道1.1中间段，采用了L型的结构设计，方向与来流气体的流动方向相反，用于取出浓度相同的样本气体，一路进入管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统2，另一路则作为管道入口的气溶胶样本进行浓度测量。
管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统的主体包括入口混合段2.1、实验段2.2、入口管2.3、出口管2.4、驱动泵2.5、电加热器2.6、冷却器2.7、出口混合段2.8、电加热器2.9、换热盘管2.10及电加热器2.11。其中，入口混合段2.1、实验段2.2及出口混合段2.8构成了实验系统的主体。入口混合段2.1和出口混合段2.8作为实验管道的入口及出口过渡结构，分别与取样管1.5和气溶胶浓度测量系统连接。入口混合段2.1采用了变截面出口设计，可以与不同内径的管道进行对接，便于更换实验管道。出口混合段2.8的出口采用了渐缩后渐扩的内部结构设计，可以形成节流的效果，根据其压降及流量控制特性，可以与混合管道1.4下游的调节阀1.8配合，对管道内的压力及流量进行控制，且两者外壁均设置了电加热装置，通过设置在其内部的热电偶测得的温度来控制装置的外壁温度保持一致。实验段2.2是实验管道外侧温度的控制主体，与实验管道间形成了套管式安装方式，实验段2.2与实验管道间的空隙装满了水，作为控温介质来使用。换热盘管2.10及电加热器2.11安装在实验段2.2与实验管道之间，均以螺旋管的形式布置，换热盘管2.10内部的流动介质为水，可以利用电加热器2.6及冷却器2.7对流动水温度进行控制，然后利用驱动泵2.5使得盘管内的水不断流动来控制实验段2.2内的水温，进而控制实验管道外壁的温度。电加热器2.11可以对实验段2.2内的水温进行快速升温及控制，换热盘管2.10则在温度接近控制温度时进行稳定地控制，减少温度的波动。
气溶胶浓度测量系统包括高压气腔3.1、质量流量计3.2、均气装置3.3、电加热装置3.4、冷却器3.5及扫描电迁移粒径谱仪3.6。通过实验管道进入气溶胶浓度测量系统的气体首先被来自高压气腔3.1的高温空气进行稀释，来降低蒸汽的分压，此时的空气温度较高不会造成蒸汽的冷凝，且空气通过均气装置3.3在管内壁附近以与来流气体平行的方向流入管道，这一设置使得气溶胶向中心聚拢，减少了损失。电加热装置3.4安装在均气装置3.3的外壁，根据安装在均气装置3.3出口的热电偶提供信号反馈，采用PID控制加热功率，保证空气温度大于从实验管道流出气体的饱和温度。被稀释后的混合气体经过冷凝器3.4进行降温处理，以满足扫描电迁移粒径谱仪3.5的测量需要。补气气流的流量可以利用质量流量计3.2来进行检测，进而可以对稀释比例进行推算，得到真实的实验管道出口浓度。
对比实验系统包括入口混合段2.1及出口混合段2.8。从取样管1.6取出的气体先后经过入口混合段2.1及出口混合段2.8然后进入气溶胶浓度测量系统，此设置确保了此系统与实验系统内的结构除了实验管道外均一致，测量得到的气溶胶浓度即可作为实验管道的入口浓度，进而计算气溶胶沉降效率。
图1所示为实验装置整体设计图，从下到上依次为气体混合系统、管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统、气溶胶浓度测量系统及对比实验系统。气体混合系统主体由电加热锅炉1.1、空气压缩机1.2、气溶胶发生器1.3、混合管道1.4、取样管1.5、取样管1.6、均气装置1.7、调节阀1.8及电加热装置1.9组成。其中，电加热锅炉1.1、空气压缩机1.2、气溶胶发生器1.3安装在混合管道1.4上游，通过不锈钢管道连接，以减少气溶胶的静电沉积效应，均气装置1.7是多孔栅格式结构设计，采用了不锈钢材质，并通过焊接的方式安装在混合管道1.4的入口，调节阀1.8则通过螺纹连接的方式安装在混合管道1.4的下游。电加热装置1.9主体为螺旋管式的不锈钢电加热器，采用点焊的方式安装在混合管道1.4以及实验段的外壁面，温度测点在混合管道1.4的外壁面，并通过线路与PID控制端进行连接。取样管1.5及取样管1.6均为L型的不锈钢管，通过焊接的方式依靠混合管道1.4的侧壁来定位。
图2显示了实验段内部的设计结构。图3显示了实验管路的安装结构。管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统的主体包括入口混合段2.1、实验段2.2、入口管2.3、出口管2.4、驱动泵2.5、电加热器2.6、冷却器2.7、出口混合段2.8、电加热器2.9、换热盘管2.10及电加热器2.11。入口混合段2.1内部为渐扩变式的结构设计，出口采用了台阶式变径结构设计2.12，能够满足不同直径管道的平滑对接，便于更换实验管道，同时减少了突变式结构造成的气溶胶损失。实验段2.2采用内径大于实验管道的不锈钢管作为主体，换热盘管2.10及电加热器2.11采用了双螺旋结构布置的设计，通过焊接的方式固定在实验段2.2内壁面上，换热盘管2.10的入口管2.3及出口管2.4贯穿焊接在实验段2.2的侧壁上，实验段2.2的侧壁上还装有实验段本身的上水管及排水管。换热盘管2.10、驱动泵2.5、电加热器2.6及冷却器2.7依靠不锈钢管路串联在一起。出口混合段2.8出口采用了可更换式的节流结构设计2.15，可通过卡套接头来固定安装，方便更换。实验管道通过贯穿焊接卡套2.13及贯穿焊接卡套2.14进行固定，贯穿焊接卡套2.13及贯穿焊接卡套2.14则安装在盲板上，入口混合段2.1、实验段2.2及出口混合段2.8具采用一样尺寸的法兰，方便安装连接。
气溶胶浓度测量系统包括高压气腔3.1、质量流量计3.2、均气装置3.3、电加热装置3.4、冷却器3.5及扫描电迁移粒径谱仪3.6。其中，高压气腔3.1、质量流量计3.2通过不锈钢管与均气装置3.3相连，均气装置3.3通过卡套接头与实验段出口管及冷却器3.5、扫描电迁移粒径谱仪3.6相连。图4显示了均气装置的内部结构。均气装置3.3包括进气管3.6、螺旋式导流板3.7及补气导向板3.8，进气管与高压气腔3.1直接相连，螺旋式导流板3.7安装在环形流道中，采用螺旋阶梯式结构设计，引导气体流向，均气装置3.3的内管壁四周开有小孔，来流气体通过导流后从四周均匀进入内管与来流气体混合，补气导向板3.8为圆环形板，剖面为L型，安装在内管的内壁面上，从内管四周的开孔垂直超管内流动的气体，经导向后朝向与来流气体平行的方向流动。
对比实验系统包括入口混合段2.1及出口混合段2.8。通过不锈钢阀与取样管1.6相连，入口混合段2.1与出口混合段2.8之间通过法兰接连，出口直接与气溶胶浓度测量系统相连。
综上，本发明提出了一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置，主要包括气体混合系统、气溶胶浓度测量系统及管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统，能够制造在不同蒸汽份额、温度、压力条件下气溶胶均匀分布的混合气体，以及营造不同温度的管外环境，并实现对此条件下管道内的气溶胶穿透及沉积效率的测量。可以对管径、管外壁温度、气体流量、气体蒸汽份额、气体温度、管内压力等参数作为变量进行控制，可实现对不同热工环境条件下气溶胶在管内迁移及沉积特性的研究。本实验装置能够实现对气溶胶粒径分布的准确测量，实验装置各结构的设计均考虑到了气溶胶的沉积，减少了测量误差，具有较好的实验稳定性。
Claims (5)
1.一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置，其特征在于：气体混合系统、管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统、气溶胶浓度测量系统及对比实验系统，气体混合系统用于营造不同压力、温度及蒸汽份额下的气溶胶环境；管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统用于营造额定温度的管外壁环境以及模拟气溶胶在管道内的迁移沉积过程；气溶胶浓度测量系统用于测量气溶胶浓度。
2.根据权利要求1所述的一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置，其特征在于：所述气体混合系统包括电加热锅炉(1.1)、空气压缩机(1.2)、气溶胶发生器(1.3)、混合管道(1.4)、取样管(1.5)、均气装置(1.7)、调节阀(1.8)及电加热装置(1.9)，电加热锅炉(1.1)、空气压缩机(1.2)及气溶胶发生器(1.3)安装在实验系统的上游，分别用于产生固定流量的蒸汽、空气及气溶胶，并在混合管道(1.4)的前端混合，然后经过均气装置(1.7)进入混合管道(1.4)；均气装置(1.7)起到了使气溶胶在径向方向均匀分布的作用，混合均匀后的混合介质进入混合管道(1.4)内以低流速向下游继续流动，利用混合管道(1.4)上安装的热电偶及压力传感器对热工参数进行监测；调节阀(1.8)安装在混合管道(1.4)的后端，混合管道(1.4)的外侧安装有螺旋式包覆的电加热装置(1.9)，取样管(1.5)及取样管(1.6)则安装位置在风道(1.1)中间段，采用了L型的结构设计，方向与来流气体的流动方向相反，用于取出浓度相同的样本气体，一路进入管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统，另一路则作为管道入口的气溶胶样本进行浓度测量。
3.根据权利要求2所述的一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置，其特征在于：管道内气溶胶迁移沉积过程模拟系统包括入口混合段(2.1)、实验段(2.2)、入口管(2.3)、出口管(2.4)、驱动泵(2.5)、电加热器(2.6)、冷却器(2.7)、出口混合段(2.8)、电加热器(2.9)、换热盘管(2.10)及电加热器(2.11)，入口混合段(2.1)、实验段(2.2)及出口混合段(2.8)构成了实验系统的主体，入口混合段(2.1)和出口混合段(2.8)作为实验管道的入口及出口过渡结构，分别与取样管(1.5)和气溶胶浓度测量系统连接，入口混合段(2.1)采用了变截面出口设计，出口混合段(2.8)的出口采用了渐缩后渐扩的内部结构设计，与混合管道(1.4)下游的调节阀(1.8)配合；实验段(2.2)是实验管道外侧温度的控制主体，与实验管道间形成了套管式安装方式，实验段(2.2)与实验管道间的空隙装满了水，换热盘管(2.10)及电加热器(2.11)安装在实验段(2.2)与实验管道之间，均以螺旋管的形式布置，换热盘管(2.10)内部的流动介质为水，利用电加热器(2.6)及冷却器(2.7)对流动水温度进行控制，然后利用驱动泵(2.5)使得盘管内的水不断流动来控制实验段(2.2)内的水温，电加热器(2.11)对实验段(2.2)内的水温进行快速升温及控制，换热盘管(2.10)在温度接近控制温度时进行稳定地控制。
4.根据权利要求3所述的一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置，其特征在于：气溶胶浓度测量系统包括高压气腔(3.1)、质量流量计(3.2)、均气装置(3.3)、电加热装置(3.4)、冷却器(3.5)及扫描电迁移粒径谱仪(3.6)，通过实验管道进入气溶胶浓度测量系统(3)的气体首先被来自高压气腔(3.1)的高温空气进行稀释，来降低蒸汽的分压，此时的空气温度较高不会造成蒸汽的冷凝，且空气通过均气装置(3.3)在管内壁附近以与来流气体平行的方向流入管道，电加热装置(3.4)安装在均气装置(3.3)的外壁，根据安装在均气装置(3.3)出口的热电偶提供信号反馈，采用PID控制加热功率，保证空气温度大于从实验管道流出气体的饱和温度，被稀释后的混合气体经过冷凝器(3.4)进行降温处理，满足扫描电迁移粒径谱仪(3.5)的测量需要，补气气流的流量可以利用质量流量计(3.2)来进行检测，对稀释比例进行推算，得到真实的实验管道出口浓度。
5.根据权利要求4所述的一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置，其特征在于：对比实验系统包括入口混合段(2.1)及出口混合段(2.8)，从取样管(1.6)取出的气体先后经过入口混合段(2.1)及出口混合段(2.8)然后进入气溶胶浓度测量系统。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210280460.9A CN115032123B (zh) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | 一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210280460.9A CN115032123B (zh) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | 一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115032123A true CN115032123A (zh) | 2022-09-09 |
| CN115032123B CN115032123B (zh) | 2024-06-25 |
Family
ID=83118786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210280460.9A Active CN115032123B (zh) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | 一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115032123B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024119369A1 (zh) * | 2022-12-06 | 2024-06-13 | 中广核研究院有限公司 | 气溶胶沉降机理研究装置及其操作方法 |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005290462A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Fujitsu Ltd | エアロゾルデポジション装置 |
| CN101198723A (zh) * | 2005-04-15 | 2008-06-11 | 高级技术材料公司 | 用于超临界流体去除或沉积工艺的装置和方法 |
| US20100225477A1 (en) * | 2007-06-13 | 2010-09-09 | Oy Halton Group Ltd. | Duct grease deposit detection devices, systems, and methods |
| CN105466823A (zh) * | 2016-01-14 | 2016-04-06 | 中国科学院金属研究所 | 一种模拟气溶胶在样品表面沉积的试验方法 |
| CN105982734A (zh) * | 2015-01-27 | 2016-10-05 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 一种真实人体上呼吸道模型流场气溶胶沉积测量方法及实验装置 |
| US20170340011A1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-11-30 | Rui Nuno BATISTA | Heater and wick assembly for an aerosol generating system |
| CN207181111U (zh) * | 2017-05-31 | 2018-04-03 | 未来与挑战株式会社 | 高温高压用气溶胶取样系统 |
| CN109696287A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-30 | 中国辐射防护研究院 | 一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置 |
| WO2019132725A1 (ru) * | 2017-12-26 | 2019-07-04 | Акционерное общество "КБ "Проминжиниринг" | Пробоотборный коллектор для представительного отбора газо-аэрозольной среды из сбросной трубы |
| CN110927030A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-03-27 | 中国原子能科学研究院 | 一种管道试验平台及基于该平台的气溶胶沉积率测定方法 |
| CN112179819A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-05 | 中国人民武装警察部队后勤学院 | 一种模拟生物气溶胶沉积的肺实验模型系统 |
| WO2021104787A1 (fr) * | 2019-11-29 | 2021-06-03 | Ingesciences | Dispositif et procédé d'exposition de cellules à un aérosol |
| CN113465873A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-10-01 | 西安医学院第一附属医院 | 一种模拟呼吸道内部流动的实验装置 |
| CN113654851A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-11-16 | 哈尔滨工程大学 | 一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置与测量方法 |
| CN113884418A (zh) * | 2021-09-01 | 2022-01-04 | 中国核电工程有限公司 | 安全壳内气溶胶在微通道滞留的实验研究系统及方法 |
-
2022
- 2022-03-21 CN CN202210280460.9A patent/CN115032123B/zh active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005290462A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Fujitsu Ltd | エアロゾルデポジション装置 |
| CN101198723A (zh) * | 2005-04-15 | 2008-06-11 | 高级技术材料公司 | 用于超临界流体去除或沉积工艺的装置和方法 |
| US20100225477A1 (en) * | 2007-06-13 | 2010-09-09 | Oy Halton Group Ltd. | Duct grease deposit detection devices, systems, and methods |
| CN105982734A (zh) * | 2015-01-27 | 2016-10-05 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 一种真实人体上呼吸道模型流场气溶胶沉积测量方法及实验装置 |
| CN105466823A (zh) * | 2016-01-14 | 2016-04-06 | 中国科学院金属研究所 | 一种模拟气溶胶在样品表面沉积的试验方法 |
| US20170340011A1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-11-30 | Rui Nuno BATISTA | Heater and wick assembly for an aerosol generating system |
| CN207181111U (zh) * | 2017-05-31 | 2018-04-03 | 未来与挑战株式会社 | 高温高压用气溶胶取样系统 |
| WO2019132725A1 (ru) * | 2017-12-26 | 2019-07-04 | Акционерное общество "КБ "Проминжиниринг" | Пробоотборный коллектор для представительного отбора газо-аэрозольной среды из сбросной трубы |
| CN109696287A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-30 | 中国辐射防护研究院 | 一种大气边界层环境风洞湿沉积模拟装置 |
| CN110927030A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-03-27 | 中国原子能科学研究院 | 一种管道试验平台及基于该平台的气溶胶沉积率测定方法 |
| WO2021104787A1 (fr) * | 2019-11-29 | 2021-06-03 | Ingesciences | Dispositif et procédé d'exposition de cellules à un aérosol |
| CN112179819A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-05 | 中国人民武装警察部队后勤学院 | 一种模拟生物气溶胶沉积的肺实验模型系统 |
| CN113465873A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-10-01 | 西安医学院第一附属医院 | 一种模拟呼吸道内部流动的实验装置 |
| CN113654851A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-11-16 | 哈尔滨工程大学 | 一种适用于严重事故条件下安全壳内气溶胶取样装置与测量方法 |
| CN113884418A (zh) * | 2021-09-01 | 2022-01-04 | 中国核电工程有限公司 | 安全壳内气溶胶在微通道滞留的实验研究系统及方法 |
Non-Patent Citations (10)
| Title |
|---|
| A. AL QABANY: "Effect of chemical treatment used in MICP on engineering properties of cemented soils", 《ICE INSTITUTION OF CIVIL ENGINEERS》, 31 December 2013 (2013-12-31), pages 107 - 115 * |
| XIANGWEI FANG: "Influence of Fiber Content and Length on Engineering Properties of MICP-Treated Coral Sand", 《GEOMICROBIOLOGY JOURNAL》, 24 March 2020 (2020-03-24), pages 1 - 13 * |
| 刘丽;王体健;蒋自强;刘清;庄炳亮;王勤耕;孙振海;: "东南沿海生物气溶胶的扩散模拟研究", 环境科学学报, no. 11, 6 November 2012 (2012-11-06), pages 33 - 46 * |
| 孙雪霆;陈林林;史晓磊;肖增光;魏严凇;季松涛;: "严重事故下水蒸气凝结对气溶胶扩散泳影响研究", 原子能科学技术, no. 01, 20 January 2017 (2017-01-20), pages 79 - 84 * |
| 张娜娜;谷海峰;王军龙;周艳民;: "气溶胶取样测试技术研究与实验验证", 应用科技, no. 02, 21 March 2013 (2013-03-21), pages 71 - 76 * |
| 彭红花;涂传火;王帅;秦强;朱贵凤;钱正华;刘学阳;施柳青;蔡军;乔延波;: "放射性气溶胶测量腔室内颗粒输运沉积模拟研究", 核技术, no. 11, 10 November 2018 (2018-11-10), pages 5 - 11 * |
| 李福生;徐新喜;孙栋;赵秀国;杨猛;谭树林;: "气溶胶颗粒在人体上呼吸道模型内沉积的实验研究", 医用生物力学, no. 02, 15 April 2013 (2013-04-15), pages 13 - 19 * |
| 李蓉;徐新喜;乔杨;赵秀国;: "不同功能残气量对可吸入颗粒物在人体肺腺泡区沉积影响的实验研究", 生物医学工程学杂志, no. 04, 25 August 2018 (2018-08-25), pages 63 - 69 * |
| 杨康;许光;王平;王勇;: "压水反应堆PING监测道取样系统模拟设计", 核电子学与探测技术, no. 12, 20 December 2014 (2014-12-20), pages 48 - 52 * |
| 陈志鹏;于溯源;: "高温气冷堆一回路管道内石墨粉尘沉积模型分析", 过程工程学报, no. 1, 15 April 2010 (2010-04-15), pages 216 - 220 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024119369A1 (zh) * | 2022-12-06 | 2024-06-13 | 中广核研究院有限公司 | 气溶胶沉降机理研究装置及其操作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115032123B (zh) | 2024-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106838627B (zh) | 一种多传感器热网泄漏预警监测系统 | |
| CN103247358A (zh) | 核电站高能管道局部泄漏监测试验台架 | |
| CN109078931A (zh) | 高温气冷堆核电机组二回路化学清洗的动态模拟试验装置及使用方法 | |
| CN105223128A (zh) | 电化学测量方式的电站流动加速腐蚀模拟实验管路装置 | |
| CN115032123A (zh) | 一种研究不同热工条件下管道内气溶胶沉积特性的实验装置 | |
| CN113188598A (zh) | 一种研究蒸汽发生器内放射性物质滞留特性的实验系统 | |
| CN106018002A (zh) | 矩阵式混合等速采样装置 | |
| CN103017814A (zh) | 一种具有安全防护功能的消氢试验系统 | |
| CN115752600A (zh) | 一种固定污染源烟气流量智能监测系统及方法 | |
| CN104914036A (zh) | 一种管道耐腐蚀特性试验系统 | |
| CN112526071B (zh) | 一种民用燃煤炉污染物排放测试系统 | |
| CN111426623B (zh) | 模拟生物质高温腐蚀环境并实时检测实验反应气体的装置 | |
| CN117191496A (zh) | SCR烟道NOx多点快速均混取样系统管路的设计方法 | |
| CN110473639B (zh) | 一种用于研究粉尘沉积行为的装置 | |
| CN109224854B (zh) | 烟气脱硝网格法轮换取样氨与氮氧化物联合监测装置 | |
| CN207991892U (zh) | 燃煤电厂脱硝出口NOx网格法取样装置 | |
| CN110927030A (zh) | 一种管道试验平台及基于该平台的气溶胶沉积率测定方法 | |
| CN116403743A (zh) | 聚变堆氦冷包层冷却系统的换热器破口模拟系统及方法 | |
| CN105784257A (zh) | 一种小直径球床高温氦气压降测量装置及方法 | |
| 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 | |
| CN211825607U (zh) | 一种引风机低温腐蚀监测系统 | |
| CN214750082U (zh) | 民用燃煤炉污染物排放测试系统 | |
| CN104807522A (zh) | 高温气体流量测量标准装置及其检测方法 | |
| CN113848301A (zh) | 一种火电厂高温高压蒸汽氧化在线实验系统及方法 | |
| CN209459973U (zh) | 一种燃煤发电机组scr脱硝出口烟气取样装置 |
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 |