[发明专利]可实现自然循环与强迫循环耦合的冷凝换热实验装置

权利要求书

1.一种可实现自然循环与强迫循环耦合的冷凝换热实验装置，其特征是：主要包括蒸汽供应系统、空气供应系统、氦气供应系统、自然循环冷却系统、强迫循环冷却系统、冷凝实验体和数据测量与采集系统；所述蒸汽供应系统主要由锅炉和流量计组成，由锅炉产生的蒸汽，流经蒸汽流量计进入冷凝实验体壳侧；所述空气供应系统主要由空气压缩机、储气罐、油气分离器组成，空气压缩机向储气罐充气，空气经过油气分离器进入冷凝实验体壳侧；所述氦气供应系统主要由高压氦气瓶和减压阀组成，氦气经减压阀减压后进入冷凝实验体壳侧；混合气体在冷凝实验体壳侧完成换热后，凝液流至冷凝实验体下面的凝液罐内，最后由排水管路排出；自然循环冷却系统主要由高位水箱、电磁流量计、可视化实验段组成，在冷热段密度差的驱动下，高位水箱内的冷却水沿管路向下流经电磁流量计进入冷凝实验体管侧完成换热后，向上流经可视化实验段回到高位水箱；强迫循环冷却系统主要由水池、水泵、流量计、过滤器、稳压罐组成，冷却水由水泵从水池中抽出后依次经过过滤器、流量计、稳压罐进入冷凝实验体管侧完成换热后返回水池，流量由管侧出口调节阀控制。

2.根据权利要求1所述的可实现自然循环与强迫循环耦合的冷凝换热实验装置，其特征是：自然循环冷却系统与冷凝实验体管侧的连接管路上设置有自然循环管路阀门，强迫循环冷却系统与冷凝实验体管侧的连接管路上设置有强迫循环管路阀，通过自然循环管路阀门与强迫循环管路阀的切换实现冷凝实验体壳侧环境相同时自然循环冷却与强迫循环冷却的冷凝换热特性的测量、分析与比较。

3.根据权利要求2所述的可实现自然循环与强迫循环耦合的冷凝换热实验装置，其特征是：自然循环冷却系统的上升段采用透明的耐热玻璃结构。

4.根据权利要求3所述的可实现自然循环与强迫循环耦合的冷凝换热实验装置，其特征是：所述自然循环冷却水箱下部安装有汽水分离装置、上部的蒸汽排出口处安装有U型水封结构。

5.根据权利要求4所述的可实现自然循环与强迫循环耦合的冷凝换热实验装置，其特征是：自然循环冷却水箱侧面安装有观察窗，在自然循环冷却水箱的不同高度都布置有温度采样点。

6.根据权利要求5所述的可实现自然循环与强迫循环耦合的冷凝换热实验装置，其特征是：在自然循环冷却水箱内部安装有电加热装置，加热冷却水到预定的实验起始温度，用于在较宽范围内研究冷却水入口温度对自然循环能力与冷凝换热能力的影响，以及不同入口温度下自然循环的启动特性。

7.根据权利要求6所述的可实现自然循环与强迫循环耦合的冷凝换热实验装置，其特征是：所述数据测量与采集系统包括温度测量系统、压力测量系统、氦气纯度分析系统；

温度测量系统由测量下列各处温度的热电偶组成：蒸汽流量计出口和冷凝实验体进气口处的温度、混合气体的主流和实验管外壁温度、实验管进出口温度、凝液罐凝水温度、自然循环冷却系统的水箱进出口温度、上升管段处的冷却水温度、自然循环水箱内冷却水的温度分布；

压力测量系统由测量下列各处压力的仪表组成：冷凝实验体内的气体压力、蒸汽流量计处的蒸汽压力、强迫循环冷却系统在实验管出口和稳压罐处的压力、自然循环冷却系统水箱的进出口压力、水箱内气空间的压力、上升管段处的压力；

氦气在不凝气体中的占比通过在线的氦气纯度分析系统直接读取，并根据混合气体压力和主流温度，直接计算出混合气体成分；

温度、流量和压力数据信号均通过数据采集系统输入PC机进行分析、储存、显示，同时实现对实验工况的实时监测。

8.根据权利要求7所述的可实现自然循环与强迫循环耦合的冷凝换热实验装置，其特征是：冷凝试验体内安装单根冷凝传热管或安装冷凝管束。