[发明专利]管内流动沸腾蒸干及蒸干后热工水力特性的实验装置及蒸干判别方法

说明书

本发明提供的是一种管内流动沸腾蒸干及蒸干后热工水力特性的实验装置及蒸干判别方法。包括竖直管实验段、电加热器及其控制系统、加热电极、数据采集系统，其特征是：所述竖直管实验段上下两端分别安装有电极，电极与电加热器相连接，竖直管实验段外壁安装有热电阻，竖直管实验段内部安装有压力传感器和光纤探针，竖直管实验段间隔上开有测孔、相邻测孔之间安装有差压变送器，热电阻、压力传感器、光纤探针、差压变送器连接数据采集系统。本发明通过预判蒸干位置，进而进行实验测得相关数据，实现管内流动沸腾过程中蒸干及蒸干后热工水力特性实验研究。

技术领域

本发明涉及的是一种管内流动沸腾蒸干及蒸干后热工水力特性的实验装置，本发明也涉及一种管内流动沸腾蒸干判别方法。

背景技术

与传统的在大亚湾等多数核电厂使用的自然循环蒸汽发生器相比，直流蒸汽发生器能够产生过热蒸汽，在发电效率、紧凑性及高温供热效果等方面具有很大的优势，船用核动力系统直流蒸汽发生器由于空间限制，对其体积和效率提出了更高的要求。但是在水被从过冷状态加热到过热状态的流动换热过程中当质量含汽率达到较高值时会将壁面上附着的环状液膜撕裂，此时将发生流动沸腾传热恶化现象-蒸干。蒸干的发生导致壁面直接与蒸汽接触，而蒸汽的换热性能远低于液相的换热性能，因此传热性能会急剧下降，导致传热管壁温呈现非线性急剧上升的趋势，同时摩擦压降也会产生与蒸干前区域不一样的变化。在蒸干后雾状流区域由于液相以核心连续蒸汽流中夹带的饱和离散液滴的形式存在，而壁面处换热方式已经变为壁面与蒸汽的对流换热，因此蒸汽会吸收壁面传递的热量而达到过热状态，同时蒸汽也会将一部分热量传递给饱和液滴，进而将饱和液滴蒸发为蒸汽，这导致蒸干后区域会发生偏离热力平衡。摩擦压降进而也会产生非线性变化。如果在直流蒸汽发生器运行过程中不能对蒸干传热恶化现象及蒸干后热工水力特性进行有效控制，将导致传热管壁温发生非线性的剧烈变化，危及蒸汽发生器及整个系统的安全稳定运行。

目前研究人员针对换热器内过冷状态到过热状态的整个流动换热过程的实验研究主要关注的是进出口处工质的性质以及轴向方向上的壁温分布，对蒸干及蒸干后区域的关键参数-质量含汽率和摩擦压降分布规律的关注很少，质量含汽率的分布规律通常都是基于热平衡计算得到，压力主要为进出口的压力。而这些参数对于准确评估蒸干传热恶化现象及蒸干后热工水力特性又非常重要。因此，研究管内流动沸腾蒸干及蒸干后热工水力特性的实验装置及蒸干判别方法，提出有价值的建议对直流蒸汽发生器等换热设备的安全、稳定运行具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能实现管内流动沸腾过程中蒸干及蒸干后热工水力特性实验研究的管内流动沸腾蒸干及蒸干后热工水力特性的实验装置。本发明的目的还在于提供一种管内流动沸腾蒸干判别方法。

本发明的管内流动沸腾蒸干及蒸干后热工水力特性的实验装置包括竖直管实验段、电加热器及其控制系统、加热电极、数据采集系统，所述竖直管实验段上下两端分别安装有电极，电极与电加热器相连接，竖直管实验段外壁安装有热电阻，竖直管实验段内部安装有压力传感器和光纤探针，竖直管实验段间隔上开有测孔、相邻测孔之间安装有差压变送器，热电阻、压力传感器、光纤探针、差压变送器连接数据采集系统。

本发明的管内流动沸腾蒸干及蒸干后热工水力特性的实验装置还可以包括：

1、所述热电阻在竖直管实验段管截面外壁上均匀布置；轴向上布置10圈热电阻，且在蒸干位置前后布置的三圈热电阻之间的间隔小于蒸干后区域布置的热电阻之间的间隔。

2、所述的光纤探针和压力传感器布置在核态沸腾区域的测孔和从蒸干前某一位置开始均匀开设的测孔内。