[发明专利]一种用于研究不同加热面结构下池式沸腾传热的实验装置

说明书

本发明公开了一种用于研究不同加热面结构下池式沸腾传热的实验装置，解决了现有技术中的处理方式存在成本高或液位和系统压力精确控制难的问题。本发明包括沸腾水池、沸腾表面加热系统、饱和水供应水箱，以及连接沸腾水池和饱和水供应水箱的蒸汽释放管路、注水管路和回水管路。通过增设饱和水供应水箱实现了恒压系统和液位恒定系统的功能分离，沸腾产生的蒸汽在饱和水供应水箱顶部的横管冷凝区实现冷凝后回收，同时沸腾水池中损失的液位通过注水和回水回路得到补充。本发明可以实现系统压力、水池液位、液体饱和温度等参数保持恒定、独立可调的功能，通过更换不同加热面结构试件可研究其对池式沸腾的敏感性，同时具备高效、紧凑、便利的特点。

技术领域

本发明涉及热工流体的实验系统领域，具体涉及一种用于研究不同加热面结构下池式沸腾传热的实验装置。

背景技术

依据沸腾曲线，池式沸腾可分为泡核沸腾区、过渡沸腾区、膜态沸腾区三个区段，沸腾起始点、临界热流密度点、最小膜态沸腾热流密度点三个分界点。

研究池式沸腾不仅对锅炉、蒸发器等传热设备的设计计算有实用意义，而且还可以应用池式沸腾的研究结果去解释具有类似基本沸腾模式但实际复杂得多的流动沸腾现象。进行池式沸腾实验，因液相不断相变汽化，沸腾水箱液位不断下降、汽化的蒸汽不断提升沸腾水箱的系统压力，想在各影响因素为恒定值的稳态条件下研究池式沸腾存在较大的难度。

影响池式沸腾的因素有系统压力、表面效应、加热面大小和方位、不凝气体、重力场效应、液体纯度、液体过冷度、液位高低等，通过控制变量法研究单个因素对池式沸腾的影响特性需要保持其他因素为恒定值，但在实际池式沸腾实验中，要同时保持系统压力的恒定和液位的恒定较为困难。

现有的处理方案主要分为两种，一种是将产生的蒸汽在恒压控制器下不间断的按量排除，损失的液位也不断补充；另一种是在密闭的沸腾水箱顶部增添回流冷凝器，冷凝蒸汽补充水位。前一种不能形成循环，稳态工况的维持成本较高，饱和水的超大供应量使得设备系统臃肿；后一种的冷凝回流补充水位解决了第一种的弊端，但通过冷凝回水来补充液位的设计存在滞后性，特别是在加热面热流密度提升后，液位呈现先下降后回升，系统压力先升高再降低的波动过程；其次在不同的热流密度的稳态条件下呈现不同的液位和系统压力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术针对池式沸腾实验装置中系统压力、液位两个变量联动变化，难以独立控制的困难，采取的处理方式存在成本高、液位和系统压力精确控制难的问题。本发明的目的在于提供一种用于研究不同加热面结构下池式沸腾传热的实验装置，其通过合理的结构设计，使装置具有系统压力、液位高低、加热面结构均可独立、可控变化的能力，特别在保持系统压力恒定和液位恒定方面更加可靠。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于研究不同加热面结构下池式沸腾传热的实验装置，包括：用于安装加热面结构的沸腾水箱，对沸腾水箱中安装的加热面结构进行加热的沸腾表面加热系统，以及饱和水供应水箱；所述饱和水供应水箱与沸腾水箱之间连通有三条管路，分别为蒸汽释放管路、注水管路和回水管路。

其中，蒸汽释放管路用于饱和水供应水箱与沸腾水箱顶部之间的连通；所述蒸汽释放管路包括连通饱和水供应水箱与沸腾水箱顶部的蒸汽管道。注水管路用于饱和水供应水箱与沸腾水箱底部之间的连通；所述注水管路包括连通饱和水供应水箱与沸腾水箱底部的注水管道，安装在注水管道上的阀门和注水循环泵。回水管路用于饱和水供应水箱与沸腾水箱中间部位之间的连通；所述回水管路包括连通饱和水供应水箱与沸腾水箱中间部位的回水管道，安装在回水管道上的阀门和U型水封。

所述饱和水供应水箱顶部设置冷凝区，所述冷凝区与蒸汽释放管路以及回水管路组成恒压系统，使得沸腾水箱中的蒸汽产支平衡，保持系统压力的恒定。所述饱和水供应水箱的底部为饱和水池，所述饱和水池与注水管路以及回水管路组成液位恒定系统，使得沸腾水箱中的液位保持恒定。