[发明专利]用于研究矩形通道内两相脉动流流动特性的实验与测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种研究两相脉动流流动特性的实验及测量装置。

背景技术

两相流动现象在热能动力装置及核动力装置中经常发生，其中，气液两相流的脉动现象对于许多工业设备和系统的设计和运行来说尤为重要，因此国内外许多学者对此做出了大量的研究。这些研究多基于矩形通道内两相流的流动特性和脉动工况下单相流的流动特性的实验，例如王广飞等发表在2011年第11期《原子能科学技术》上的《摇摆状态下窄矩形通道内两相流流型特性研究》，此文中采用的是使用摇摆实验系统，实验中产生了流量波动（一种脉动流），这种方法需要搭建摇摆实验台，不仅造价昂贵，搭建周期长，操作复杂，而且需要耗费大量的人力物力进行维护；再如贾辉等发表在2011年02期《原子能科学技术》上的《不稳定条件下水平管单相水流动阻力特性实验研究》，此文中采用了变频器与离心泵相结合的形式来模拟脉动流，但是文中的实验装置仅能对单相流的流动特性做出研究，无法对两相流进行研究。现今已有的研究所用气体工质一般有两种来源：第一种是采用空气压缩机，这种方法会产生很大的噪音和振动，对实验数据的准确性会产生很大的影响，同时还会遇到压力不稳定的问题；第二种是采用加热使水沸腾的方法，专门用于研究流动沸腾换热、蒸汽-水两相流动。如果将第二种方法仅用于研究两相流的流动特性，则不但因为需要耗费大量的电能而提高了成本，还加大了实验回路的复杂性，同时也对实验管路的绝缘性能和安全性提出了较高的要求。这两种方法都很费时费力，花费不菲。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不但研究范围广，分析方法多，测量数据精度高，结果分析准确，而且造价低廉，搭建方便，操作简单，同时也很环保的用于研究矩形通道内两相脉动流流动特性的实验与测量装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括由水箱、离心泵、液体流量计和温度计依次连接构成的水支路，由氮气瓶、两级减压装置、气体流量计和逆止阀依次连接构成的气支路，实验段和采集系统；储存在水箱中的去离子水由离心泵抽出、经过液体流量计和温度计后进入气水混合装置；氮气瓶中的氮气的经两级减压装置减压后、再经过气体流量计和逆止阀进入气水混合装置；进入气水混合装置的去离子水和氮气经过充分混合后进入实验段，实验段上连接有差压变送器，实验段正上方设置摄像机，去离子水由实验段返回水箱循环使用，氮气则直接排入大气；所述采集系统包括数据采集板和计算机，液体流量计、差压变送器和气体流量计连接数据采集板，数据采集板和摄像机连接计算机，计算机中的正弦波生成软件生成一个正弦波信号传送给变频器，变频器模拟实际中的各种脉动流控制离心泵。

本发明的用于研究矩形通道内两相脉动流流动特性的实验与测量装置还可以包括：

1、水支路设置有用于调节水流量的旁通管路，所述旁通管路包括连接于水箱与离心泵出口之间的第一旁通管路，连接于液体流量计进出口之间的第二旁通管路。

2、所述气水混合装置由两个外形一样、大小不一的梭形圆筒套装组合而成，两个梭形圆筒的半径相差2mm，即两个套筒之间有一个厚度为2mm的圆环形空间，外侧梭形圆筒与上、下两个法兰焊接，内侧梭形圆筒与上法兰连接、与下法兰留有一个环形空隙，气体由进气口进入圆环形空间，然后向下由环形空隙与由进水口进入的去离子水一同进入混合腔，经过充分混合后经出口进入实验段，在出口处设有高目数筛网。

3、在实验段下方设置白色常亮光源和毛玻璃。

本发明是为了研究矩形通道内两相脉动流流动特性而设计的一种实验及测量系统，本发明的优势在于：（1）采用变频器与离心泵结合的方法，来模拟实际工业设备和系统中的脉动流。采用这种方法，再配以正弦波生成软件，可以模拟任意一种实际中的脉动流动工况，方便、快捷，而且造价低廉；（2）本发明中所采用的气水混合装置可以达到很好的气水混合效果，从而减少实验段入口段部分的长度，使流型发展更加充分，同时为防止混合过程中产生较大的气泡，在出口处设有筛网，将大气泡打碎，使气水进一步混合；（3）本发明中，不仅采用流量计和压差计来采集实验数据，还使用了高清摄像机拍摄实时的实验画面，从而可以采用多种分析方法对矩形通道内的两相流动特性进行分析研究。同时在实验段下方设置有毛玻璃和白色常亮光源，这样不但可以得到较亮的图像，同时还消除了画面中的暗痕；（4）本发明中，采用氮气作为气体工质，不但价格低廉，安装和操作方便，而且非常安全环保，并且为了得到压力稳定且精确的气体工质，采用了两级减压装置；（5）本发明中，采用实验数据处理和实验录像分析相结合的方式来研究矩形通道内两相脉动流流动特性，可以使研究结论更准确。

附图说明