CN117012416A - 蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置及方法，该实验装置包括蒸汽供应系统，不凝性气体供应系统，实验段构件和数据测量采集系统；本发明还提供了该实验装置的实验方法；本发明能够满足含有不凝性气体的蒸汽直接接触冷凝特性的研究需要，可研究冷凝过程中的汽羽形态特征和压力波动情况，可研究有限空间内不同类型的喷嘴及其空间布置位置对于冷凝效果的影响，实现喷嘴结构和布置位置的优化设计。
Description
技术领域
本发明属于冷凝换热研究实验技术领域，具体涉及一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置及方法。
背景技术
核电站及其相关技术是大国综合实力的展示，是实现现代化的有力支撑，是国家安全的重要保障。积极有序发展核电及其相关技术，有利于优化产业结构和能源结构。而确保安全是积极发展核电技术的前提。蒸汽直接接触冷凝由于其高效的换热效率广泛应用于核电站或其他核动力装置的安全系统中，比如抑压水池，研究蒸汽直接接触冷凝对于设计和优化相关系统和设备具有重要的意义。
事故工况下，核电站或其他核动力装置中泄露的蒸汽通入抑压水池等设备中冷凝的过程中，往往会混合部分空气，而空气作为不凝结气体，会大大降低蒸汽直接接触冷凝的过程的换热效率。而且在实际工程设计中，抑压水池等用于蒸汽冷凝的设备的空间有限，蒸汽冷凝喷嘴的布置位置也对蒸汽冷凝效果具有重要影响。综上所述，开展含有不凝性气体的蒸汽直接接触冷凝实验，研究蒸汽冷凝喷嘴布置位置对于蒸汽冷凝效果的影响，优化喷嘴设计和布置方式，符合工程实际研究需要，具有重要的研究意义。
发明内容
针对目前蒸汽直接接触冷凝研究中喷嘴优化设计的需求，本发明的目的在于提出了一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置及方法，本发明所述的实验装置可以实现不同实验喷嘴类型和空间布置位置下的含有不凝性气体的蒸汽直接接触冷凝实验研究，可以研究冷凝过程中实验喷嘴类型和空间布置位置对汽羽形态特征、传热特性和压力波动特性的影响，实现喷嘴设计和布置方式的优化。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置及方法，包括蒸汽供应系统、不凝性气体供应系统、实验段构件和数据测量采集系统；
所述蒸汽供应系统包括依次连接的锅炉4、第三截止阀403、蒸汽供应管道1、汽水分离器5、第一截止阀101、蒸汽质量流量计102、蒸汽流量调节阀103、蒸汽管道止回阀104、蒸汽压力测量计105和蒸汽温度测量计106；
所述不凝性气体供应系统包括依次连接的不凝性气体压缩机6、不凝性气体供应管道2、第七截止阀601、储气罐7、第五截止阀201、不凝性气体加热器8、第六截止阀202、不凝性气体质量流量计203、不凝性气体流量调节阀204、不凝性气体管道止回阀205、不凝性气体温度测量计206和不凝性气体压力测量计207；
所述不凝性气体加热器8布置在不凝性气体供应管道2上，用于加热不凝性气体，防止不凝性气体对蒸汽的提前冷凝；
所述实验段构件包括依次连接的混合气体供应管道3、混合气体压力测量计301、混合气体温度测量计302和实验水箱9，实验水箱9内设置有与混合气体供应管道3依次连接的第一连接部件901、第一连接管道904、第二连接部件902、第二连接管道905、第三连接部件903和实验喷嘴906；
所述实验水箱9由透明材料制成，内部布置有三维移动支架13，三维移动支架13上布置有高频动态压力传感器12，实验水箱9内布置有水箱内温度测量装置11，用于检测水箱内温度，实验水箱9顶部连接有给水管道909和设置在给水管道909上的第九截止阀910，用于冷凝水的补充，实验水箱9侧面设有溢流管道907和设置下在溢流管道907上的第十截止阀908，用于冷凝水的排出；
所述不凝性气体供应管道2的一部分汇入蒸汽供应管道1内，通过弯头的连接，不凝性气体供应管道2的出口设置方向与蒸汽供应管道1内蒸汽的流向相同，不凝性气体供应管道2的出口下游部分为混合气体供应管道3；
所述数据测量采集系统由配备对应采集卡的数据采集设备10、高速摄像机14和连接各个测量设备的数据连接线组成，配备对应采集卡的数据采集设备10通过数据连接线与蒸汽质量流量计102、蒸汽压力测量计105、蒸汽温度测量计106、不凝性气体质量流量计203、不凝性气体温度测量计206、不凝性气体压力测量计207、混合气体压力测量计301、混合气体温度测量计302、水箱内温度测量装置11、高频动态压力传感器12和高速摄像机14连接，完成实验时的数据采集；
蒸汽供应管道1、不凝性气体供应管道2和混合气体供应管道3外侧均进行保温处理，防止管道内部流动气体被外部环境冷凝；
所述高速摄像机14布置在实验水箱9外，通过实验水箱9的可视化窗口拍摄分析蒸汽冷凝的实验现象。
所述保温处理为在管道外侧包裹保温棉。
所述不凝性气体为空气。
所述锅炉4设置有用于调节蒸汽流量、事故和紧急情况下排出蒸汽的锅炉旁路402，锅炉旁路402上布置有第二截止阀401；所述汽水分离器5设置有用于排出干燥蒸汽过程中产生的冷凝水的汽水分离器旁路502，汽水分离器旁路502上布置有第四截止阀501；所述储气罐7设置有用于调节流量、事故和紧急工况下排出储气罐内气体的储气罐旁路702，储气罐旁路702上布置有第八截止阀701。
所述实验水箱9前后面均为可视化窗口，由透明玻璃板材料制成，方便观测实验现象；两侧和底面及框架为钢制材料，顶部有开口。
所述实验喷嘴906包括一段长度为10倍管径直管段，防止管道突缩的影响，所述实验喷嘴906为直管段喷嘴、音速喷嘴或超音速喷嘴，所述实验喷嘴906截面为圆形或矩形，所述实验喷嘴906设置单个或多个出气口。
所述三维移动支架13由x轴滑块1301、y轴滑块1302、x轴轨道1303、y轴轨道1304和z轴轨道1305组成，所述x轴滑块1301和y轴滑块1302由电机驱动，x轴滑块1301能沿x轴轨道1303滑动和在任意位置停止并固定，y轴滑块1302能沿y轴轨道1304滑动和在任意位置停止并固定，z轴轨道1305穿过y轴滑块1302并被固定，且固定位置在z轴轨道1305长度范围内能任意调节。
所述三维移动支架13的z轴轨道1305下方末端与高频动态压力传感器12连接。
所述温度测量装置11为热电偶，在实验水箱9内不同空间位置布置多组，测量水箱内温度场的空间分布。
所述第一连接部件901、第二连接部件902和第三连接部件903为直管道或弯头，所述第一连接管道904和第二连接管道905为长度不同的直管道，能实现实验喷嘴906在水箱内不同位置和方向的布置。
一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置的实验方法：
开启锅炉4，设定工况压力，当锅炉4达到额定压力时，将蒸汽通入蒸汽管道1，排出管道中积存的不凝性气体，蒸汽在经过汽水分离器5时会被干燥；
开启不凝性气体压缩机6，设定工作压力，将压缩后不凝性气体通入储气罐7中，开启不凝性气体加热器8进行预热，储气罐7中压力达到设定压力时，将不凝性气体通入不凝性气体供应管道2，和蒸汽在混合气体供应管道3中混合充分并通入试验水箱9，调节蒸汽和不凝性气体流量到设定值；
开启水箱内温度测量装置11，通过溢流管道907和给水管道909调节冷凝水的温度达到设定值；
当水温达到设定值时，打开背景光源，使用高速摄像机14记录冷凝过程图像，将三维移动支架13调整到合适的测量位置，使用高频动态压力传感器12测量冷凝过程压力波动情况，使用数据采集设备10采集蒸汽质量流量计102、蒸汽压力测量计105、蒸汽温度测量计106、不凝性气体质量流量计203、不凝性气体温度测量计206、不凝性气体压力测量计207、混合气体压力测量计301、混合气体温度测量计302、水箱内温度测量装置11、高频动态压力传感器12和高速摄像机14的测量数据；
保持混合气体通入，并设定水箱温度为下一个温度，改变蒸汽和不凝性气体的流量，待流量稳定后，重复测量和采集步骤，完成该类型实验喷嘴906在目前布置的空间位置的所有工况的实验内容；停止混合气体通入，更换实验喷嘴906类型及更改其空间布置位置，重复上述步骤，完成不同类型实验喷嘴906在不同空间布置位置的所有实验内容；
通过数据采集设备10获得实验过程中各个仪表测量的数据，其中蒸汽质量流量计102、蒸汽压力测量计105、蒸汽温度测量计106的测量数据用于计算得到对应实验工况中蒸汽供应管道1中蒸汽的质量流量、压力、温度，不凝性气体质量流量计203、不凝性气体温度测量计206、不凝性气体压力测量计207的测量数据用于计算得到不凝性气体的质量流量、温度、压力，在此基础上计算得到不凝性气体在混合气体中的质量分数，混合气体压力测量计301、混合气体温度测量计302的测量数据用于计算得到混合气体的压力、温度；
高速摄像机14的测量数据为对应工况下的图像，经过后处理计算得到冷凝过程中汽泡形状、汽羽长度、混合气体与冷凝水的接触面积的变化规律和变化周期，比较不同类型实验喷嘴906在不同空间布置位置的汽泡形状、汽羽长度，即分析得到实验喷嘴906类型与空间布置位置对汽泡形状、汽羽长度的影响规律；
水箱内温度测量装置11的测量数据用于计算得到水箱内冷凝水的温度，结合混合气体的压力及温度、混合气体与冷凝水的接触面积和蒸汽的质量流量，用于计算得到冷凝过程中的传热系数，比较不同类型实验喷嘴906在不同空间布置位置的传热系数，即分析得到实验喷嘴906类型与空间布置位置对传热系数的影响规律；
高频动态压力传感器12测量的数据经过计算处理得到冷凝过程中测量位置的冷凝振荡压力的时域数据，利用傅里叶变化将时域数据转化为频域数据，进而得到冷凝振荡压力的特征频率和特征幅值，比较不同类型实验喷嘴906在不同空间布置位置的冷凝振荡压力的特征频率和特征幅值，即分析得到实验喷嘴906类型与空间布置位置对冷凝振荡压力的特征频率和特征幅值的影响规律；
综上所述，能够得到冷凝过程中实验喷嘴906类型与空间布置位置对汽泡形状、汽羽长度、传热特性、冷凝振荡压力的影响规律，实现不同实验喷嘴906类型空间布置位置的优化研究。
当不凝性气体供应系统开启时，实验装置用于含有不凝性气体的蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究；当不凝性气体供应系统关闭时，实验装置用于纯蒸汽的直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1、本发明所述的一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置及方法采用空气作为不凝性气体，可用于研究事故工况下，核电站或其他核动力装置中蒸汽混合空气后的直接接触冷凝过程；
2、本发明所述的一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置及方法布置有高速摄像机和高频压力传感器，可研究冷凝过程中的汽羽形态特征和压力波动情况；
3、本发明所述的一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置及方法可实现不同喷嘴类型在不同空间位置的布置，可研究有限空间内喷嘴类型及布置位置对于冷凝效果的影响，实现喷嘴结构和布置位置的优化设计。
附图说明
图1为本实验系统的系统示意图。
图2为本实验系统的三维示意图。
图3为本实验系统空气供应管道和蒸汽供应管道汇合处的示意图。
图4为本实验系统喷嘴向上布置方式示意图。
图5为本实验系统喷嘴向下布置方式示意图。
图6为本实验系统的三维可移动支架三维示意图。
图7为傅里叶变化过程示意图。
图8为拍摄图像处理过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细的说明：
如图1和图2所示，本发明一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置，包括蒸汽供应系统，不凝性气体供应系统，实验段构件和数据测量采集系统；蒸汽供应系统包括依次连接的锅炉4、第三截止阀403、蒸汽供应管道1、汽水分离器5、第一截止阀101、蒸汽质量流量计102、蒸汽流量调节阀103、蒸汽管道止回阀104、蒸汽压力测量计105和蒸汽温度测量计106；不凝性气体供应系统包括依次连接的不凝性气体压缩机6、不凝性气体供应管道2、第七截止阀601、储气罐7、第五截止阀201、不凝性气体加热器8、第六截止阀202、不凝性气体质量流量计203、不凝性气体流量调节阀204、不凝性气体管道止回阀205、不凝性气体温度测量计206和不凝性气体压力测量计207；不凝性气体加热器8布置在不凝性气体供应管道2上，用于加热不凝性气体，防止不凝性气体对蒸汽的提前冷凝；实验段构件包括依次连接的混合气体供应管道3、混合气体压力测量计301、混合气体温度测量计302和实验水箱9，实验水箱9内设置有与混合气体供应管道3依次连接的第一连接部件901、第一连接管道904、第二连接部件902、第二连接管道905、第三连接部件903和实验喷嘴906；数据测量采集系统由配备对应采集卡的数据采集设备10、高速摄像机14和连接各个测量设备的数据连接线组成，配备对应采集卡的数据采集设备10通过数据连接线与蒸汽质量流量计102、蒸汽压力测量计105、蒸汽温度测量计106、不凝性气体质量流量计203、不凝性气体温度测量计206、不凝性气体压力测量计207、混合气体压力测量计301、混合气体温度测量计302、水箱内温度测量装置11、高频动态压力传感器12和高速摄像机14连接，完成实验时的数据采集；温度测量装置11为热电偶，在实验水箱9内不同空间位置布置多组，测量水箱内温度场的空间分布。
如图2所示，实验水箱9由透明材料制成，内部布置有三维移动支架13，三维移动支架13上布置有高频动态压力传感器12，实验水箱9内布置有水箱内温度测量装置11，用于检测水箱内温度，实验水箱9顶部连接有给水管道909和第九截止阀910，用于冷凝水的补充，实验水箱9侧面设有溢流管道907和第十截止阀908，用于冷凝水的排出；实验水箱9前后面均为可视化窗口，由透明玻璃板材料制成，方便观测实验现象；两侧和底面及框架为钢制材料，顶部有开口；高速摄像机14布置在实验水箱9外，通过实验水箱9的可视化窗口拍摄分析蒸汽冷凝的实验现象；实验喷嘴906包括一段长度为10倍管径直管段，防止管道突缩的影响，为实现不同类型的实验喷嘴的研究，实验喷嘴906为直管段喷嘴、音速喷嘴或超音速喷嘴，实验喷嘴906截面为圆形或矩形，实验喷嘴906设置单个或多个出气口。
如图3所示，不凝性气体供应管道2的一部分汇入蒸汽供应管道1内，通过弯头的连接，不凝性气体供应管道2的出口设置方向与蒸汽供应管道1内蒸汽的流向相同，不凝性气体供应管道2的出口下游部分为混合气体供应管道3；蒸汽供应管道1、不凝性气体供应管道2和混合气体供应管道3外侧均进行保温处理，防止管道内部流动气体被外部环境冷凝。
如图2所示，锅炉4设置有用于调节蒸汽流量、事故和紧急情况下排出蒸汽的锅炉旁路402，锅炉旁路402上布置有第二截止阀401；所述汽水分离器5设置有用于排出干燥蒸汽过程中产生的冷凝水的汽水分离器旁路502，汽水分离器旁路502上布置有第四截止阀501；所述储气罐7设置有用于调节流量、事故和紧急工况下排出储气罐内气体的储气罐旁路702，储气罐旁路702上布置有第八截止阀701。
如图4和图5所示，第一连接部件901、第二连接部件902和第三连接部件903可设置为直管道或弯头，第一连接管道904和第二连接管道905可替换为长度不同的直管道，能实现实验喷嘴906在水箱内不同位置和方向的布置。其中图4为实验喷嘴向上布置方式示意图，图5为实验喷嘴向下布置方式示意图。
如图6所示，三维移动支架13由x轴滑块1301、y轴滑块1302、x轴轨道1303、y轴轨道1304和z轴轨道1305组成，所述x轴滑块1301和y轴滑块1302由电机驱动，x轴滑块1301能沿x轴轨道1303滑动和在任意位置停止并固定，y轴滑块1302能沿y轴轨道1304滑动和在任意位置停止并固定，z轴轨道1305穿过y轴滑块1302并被固定，且固定位置在z轴轨道1305长度范围内能任意调节；三维移动支架13的z轴轨道1305下方末端与高频动态压力传感器12连接。
本发明一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置的实验方法，具体如下：
开启锅炉4，设定工况压力，当锅炉4达到额定压力时，将蒸汽通入蒸汽管道1，排出管道中积存的空气等不凝性气体，蒸汽在经过汽水分离器5时会被干燥；
开启不凝性气体压缩机6，设定工作压力，将压缩后不凝性气体通入储气罐7中，开启不凝性气体加热器8进行预热，储气罐7中压力达到设定压力时，将不凝性气体通入不凝性气体供应管道2，和蒸汽在混合气体供应管道3中混合充分并通入试验水箱9，调节蒸汽和不凝性气体流量到设定值；
开启水箱内温度测量装置11，通过溢流管道907和给水管道909调节冷凝水的温度达到设定值；
当水温达到设定值时，打开背景光源，使用高速摄像机14记录冷凝过程图像，将三维移动支架13调整到合适的测量位置，使用高频动态压力传感器12测量冷凝过程压力波动情况，使用数据采集设备10采集蒸汽质量流量计102、蒸汽压力测量计105、蒸汽温度测量计106、不凝性气体质量流量计203、不凝性气体温度测量计206、不凝性气体压力测量计207、混合气体压力测量计301、混合气体温度测量计302、水箱内温度测量装置11、高频动态压力传感器12和高速摄像机14的测量数据；
保持混合气体通入，并设定水箱温度为下一个温度，改变蒸汽和不凝性气体的流量，待流量稳定后，重复测量和采集步骤，完成该类型实验喷嘴906在目前布置的空间位置的所有工况的实验内容；停止混合气体通入，更换实验喷嘴906类型及更改其空间布置位置，重复上述步骤，完成不同类型实验喷嘴906在不同空间布置位置的所有实验内容；
通过数据采集设备10获得实验过程中各个仪表测量的数据，其中蒸汽质量流量计102、蒸汽压力测量计105、蒸汽温度测量计106的测量数据用于计算得到对应实验工况中蒸汽供应管道1中蒸汽的质量流量、压力、温度，不凝性气体质量流量计203、不凝性气体温度测量计206、不凝性气体压力测量计207的测量数据用于计算得到不凝性气体的质量流量、温度、压力，在此基础上计算得到不凝性气体在混合气体中的质量分数，混合气体压力测量计301、混合气体温度测量计302的测量数据用于计算得到混合气体的压力、温度；
如图8所示，高速摄像机14的测量数据为对应工况下的图像，经过后处理计算得到冷凝过程中汽泡形状、汽羽长度、混合气体与冷凝水的接触面积的变化规律和变化周期，比较不同类型实验喷嘴906在不同空间布置位置的汽泡形状、汽羽长度，即分析得到实验喷嘴906类型与空间布置位置对汽泡形状、汽羽长度的影响规律；
水箱内温度测量装置11的测量数据用于计算得到水箱内冷凝水的温度，结合混合气体的压力及温度、混合气体与冷凝水的接触面积和蒸汽的质量流量，用于计算得到冷凝过程中的传热系数，比较不同类型实验喷嘴906在不同空间布置位置的传热系数，即分析得到实验喷嘴906类型与空间布置位置对传热系数的影响规律；
如图7所示，高频动态压力传感器12测量的数据经过计算处理得到冷凝过程中测量位置的冷凝振荡压力的时域数据，利用傅里叶变化将时域数据转化为频域数据，进而得到冷凝振荡压力的特征频率和特征幅值，比较不同类型实验喷嘴906在不同空间布置位置的冷凝振荡压力的特征频率和特征幅值，即分析得到实验喷嘴906类型与空间布置位置对冷凝振荡压力的特征频率和特征幅值的影响规律；
综上所述，能够得到冷凝过程中实验喷嘴906类型与空间布置位置对汽泡形状、汽羽长度、传热特性、冷凝振荡压力的影响规律，实现不同实验喷嘴906类型空间布置位置的优化研究。
当不凝性气体供应系统开启时，实验装置用于含有不凝性气体的蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究；当不凝性气体供应系统关闭时，实验装置用于纯蒸汽的直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究。
Claims (10)
1.一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置，其特征在于：包括蒸汽供应系统、不凝性气体供应系统、实验段构件和数据测量采集系统；
所述蒸汽供应系统包括依次连接的锅炉(4)、第三截止阀(403)、蒸汽供应管道(1)、汽水分离器(5)、第一截止阀(101)、蒸汽质量流量计(102)、蒸汽流量调节阀(103)、蒸汽管道止回阀(104)、蒸汽压力测量计(105)和蒸汽温度测量计(106)；
所述不凝性气体供应系统包括依次连接的不凝性气体压缩机(6)、不凝性气体供应管道(2)、第七截止阀(601)、储气罐(7)、第五截止阀(201)、不凝性气体加热器(8)、第六截止阀(202)、不凝性气体质量流量计(203)、不凝性气体流量调节阀(204)、不凝性气体管道止回阀(205)、不凝性气体温度测量计(206)和不凝性气体压力测量计(207)；
所述不凝性气体加热器(8)布置在不凝性气体供应管道(2)上，用于加热不凝性气体，防止不凝性气体对蒸汽的提前冷凝；
所述实验段构件包括依次连接的混合气体供应管道(3)、混合气体压力测量计(301)、混合气体温度测量计(302)和实验水箱(9)，实验水箱(9)内设置有与混合气体供应管道(3)依次连接的第一连接部件(901)、第一连接管道(904)、第二连接部件(902)、第二连接管道(905)、第三连接部件(903)和实验喷嘴(906)；
所述实验水箱(9)由透明材料制成，内部布置有三维移动支架(13)，三维移动支架(13)上布置有高频动态压力传感器(12)，实验水箱(9)内布置有水箱内温度测量装置(11)，用于检测水箱内温度，实验水箱(9)顶部连接有给水管道(909)和设置在给水管道(909)上的第九截止阀(910)，用于冷凝水的补充，实验水箱(9)侧面设有溢流管道(907)和设置下在溢流管道(907)上的第十截止阀(908)，用于冷凝水的排出；
所述不凝性气体供应管道(2)的一部分汇入蒸汽供应管道(1)内，通过弯头的连接，不凝性气体供应管道(2)的出口设置方向与蒸汽供应管道(1)内蒸汽的流向相同，不凝性气体供应管道(2)的出口下游部分为混合气体供应管道(3)；
所述数据测量采集系统由配备对应采集卡的数据采集设备(10)、高速摄像机(14)和连接各个测量设备的数据连接线组成，配备对应采集卡的数据采集设备(10)通过数据连接线与蒸汽质量流量计(102)、蒸汽压力测量计(105)、蒸汽温度测量计(106)、不凝性气体质量流量计(203)、不凝性气体温度测量计(206)、不凝性气体压力测量计(207)、混合气体压力测量计(301)、混合气体温度测量计(302)、水箱内温度测量装置(11)、高频动态压力传感器(12)和高速摄像机(14)连接，完成实验时的数据采集；
蒸汽供应管道(1)、不凝性气体供应管道(2)和混合气体供应管道(3)外侧均进行保温处理，防止管道内部流动气体被外部环境冷凝；
所述高速摄像机(14)布置在实验水箱(9)外，通过实验水箱(9)的可视化窗口拍摄分析蒸汽冷凝的实验现象；
当不凝性气体供应系统开启时，实验装置用于含有不凝性气体的蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究；当不凝性气体供应系统关闭时，实验装置用于纯蒸汽的直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究。
2.根据权利要求1所述的一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置，其特征在于，所述保温处理为在管道外侧包裹保温棉。
3.根据权利要求1所述的一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置，其特征在于，所述不凝性气体为空气。
4.根据权利要求1所述的一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置，其特征在于，所述锅炉(4)设置有用于调节蒸汽流量、事故和紧急情况下排出蒸汽的锅炉旁路(402)，锅炉旁路(402)上布置有第二截止阀(401)；所述汽水分离器(5)设置有用于排出干燥蒸汽过程中产生的冷凝水的汽水分离器旁路(502)，汽水分离器旁路(502)上布置有第四截止阀(501)；所述储气罐(7)设置有用于调节流量、事故和紧急工况下排出储气罐内气体的储气罐旁路(702)，储气罐旁路(702)上布置有第八截止阀(701)。
5.根据权利要求1所述的一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置，其特征在于，所述实验水箱(9)前后面均为可视化窗口，由透明玻璃板材料制成，方便观测实验现象；两侧和底面及框架为钢制材料，顶部有开口。
6.根据权利要求1所述的一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置，其特征在于，所述实验喷嘴(906)包括一段长度为10倍管径直管段，防止管道突缩的影响，所述实验喷嘴(906)为直管段喷嘴、音速喷嘴或超音速喷嘴，所述实验喷嘴(906)截面为圆形或矩形，所述实验喷嘴(906)设置单个或多个出气口。
7.根据权利要求1所述的一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置，其特征在于，所述三维移动支架(13)由x轴滑块(1301)、y轴滑块(1302)、x轴轨道(1303)、y轴轨道(1304)和z轴轨道(1305)组成，所述x轴滑块(1301)和y轴滑块(1302)由电机驱动，x轴滑块(1301)能沿x轴轨道(1303)滑动和在任意位置停止并固定，y轴滑块(1302)能沿y轴轨道(1304)滑动和在任意位置停止并固定，z轴轨道(1305)穿过y轴滑块(1302)并被固定，且固定位置在z轴轨道(1305)长度范围内能任意调节；
所述三维移动支架(13)的z轴轨道(1305)下方末端与高频动态压力传感器(12)连接。
8.根据权利要求1所述的一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置，其特征在于，所述温度测量装置(11)为热电偶，在实验水箱(9)内不同空间位置布置多组，测量水箱内温度场的空间分布。
9.根据权利要求1所述的一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置，其特征在于，所述第一连接部件(901)、第二连接部件(902)和第三连接部件(903)为直管道或弯头，所述第一连接管道(904)和第二连接管道(905)为长度不同的直管道，能实现实验喷嘴(906)在水箱内不同位置和方向的布置。
10.权利要求1至9任一项所述的一种蒸汽直接接触冷凝过程喷嘴布置优化研究实验装置的实验方法，其特征在于：
开启锅炉(4)，设定工况压力，当锅炉(4)达到额定压力时，将蒸汽通入蒸汽管道(1)，排出管道中积存的不凝性气体，蒸汽在经过汽水分离器(5)时会被干燥；
开启不凝性气体压缩机(6)，设定工作压力，将压缩后不凝性气体通入储气罐(7)中，开启不凝性气体加热器(8)进行预热，储气罐(7)中压力达到设定压力时，将不凝性气体通入不凝性气体供应管道(2)，和蒸汽在混合气体供应管道(3)中混合充分并通入试验水箱(9)，调节蒸汽和不凝性气体流量到设定值；
开启水箱内温度测量装置(11)，通过溢流管道(907)和给水管道(909)调节冷凝水的温度达到设定值；
当水温达到设定值时，打开背景光源，使用高速摄像机(14)记录冷凝过程图像，将三维移动支架(13)调整到合适的测量位置，使用高频动态压力传感器(12)测量冷凝过程压力波动情况，使用数据采集设备(10)采集蒸汽质量流量计(102)、蒸汽压力测量计(105)、蒸汽温度测量计(106)、不凝性气体质量流量计(203)、不凝性气体温度测量计(206)、不凝性气体压力测量计(207)、混合气体压力测量计(301)、混合气体温度测量计(302)、水箱内温度测量装置(11)、高频动态压力传感器(12)和高速摄像机(14)的测量数据；
保持混合气体通入，并设定水箱温度为下一个温度，改变蒸汽和不凝性气体的流量，待流量稳定后，重复测量和采集步骤，完成该类型实验喷嘴(906)在目前布置的空间位置的所有工况的实验内容；停止混合气体通入，更换实验喷嘴(906)类型及更改其空间布置位置，重复上述步骤，完成不同类型实验喷嘴(906)在不同空间布置位置的所有实验内容；
通过数据采集设备(10)获得实验过程中各个仪表测量的数据，其中蒸汽质量流量计(102)、蒸汽压力测量计(105)、蒸汽温度测量计(106)的测量数据用于计算得到对应实验工况中蒸汽供应管道(1)中蒸汽的质量流量、压力、温度，不凝性气体质量流量计(203)、不凝性气体温度测量计(206)、不凝性气体压力测量计(207)的测量数据用于计算得到不凝性气体的质量流量、温度、压力，在此基础上计算得到不凝性气体在混合气体中的质量分数，混合气体压力测量计(301)、混合气体温度测量计(302)的测量数据用于计算得到混合气体的压力、温度；
高速摄像机(14)的测量数据为对应工况下的图像，经过后处理计算得到冷凝过程中汽泡形状、汽羽长度、混合气体与冷凝水的接触面积的变化规律和变化周期，比较不同类型实验喷嘴(906)在不同空间布置位置的汽泡形状、汽羽长度，即分析得到实验喷嘴(906)类型与空间布置位置对汽泡形状、汽羽长度的影响规律；
水箱内温度测量装置(11)的测量数据用于计算得到水箱内冷凝水的温度，结合混合气体的压力及温度、混合气体与冷凝水的接触面积和蒸汽的质量流量，用于计算得到冷凝过程中的传热系数，比较不同类型实验喷嘴(906)在不同空间布置位置的传热系数，即分析得到实验喷嘴(906)类型与空间布置位置对传热系数的影响规律；
高频动态压力传感器(12)测量的数据经过计算处理得到冷凝过程中测量位置的冷凝振荡压力的时域数据，利用傅里叶变化将时域数据转化为频域数据，进而得到冷凝振荡压力的特征频率和特征幅值，比较不同类型实验喷嘴(906)在不同空间布置位置的冷凝振荡压力的特征频率和特征幅值，即分析得到实验喷嘴(906)类型与空间布置位置对冷凝振荡压力的特征频率和特征幅值的影响规律；
综上所述，能够得到冷凝过程中实验喷嘴(906)类型与空间布置布置位置对汽泡形状、汽羽长度、传热特性、冷凝振荡压力的影响规律，实现不同实验喷嘴(906)类型空间布置位置的优化研究。
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