[发明专利]一种具有无级流速调节装置的热工自然循环实验仪及方法

权利要求书

1.一种具有无级流速调节装置的热工自然循环实验仪，其特征在于，包括循环管道（1）、冷却器（2）、流速测量装置（3）、无级流速调节装置（4）、加热器（5）和排气补水装置（6）；

所述循环管道（1）由顶部水平管、底部水平管和两条侧部竖向管首尾相连而成；所述冷却器（2）和加热器（5）分别布置于两条侧部竖向管上，循环管道（1）内的流体流经冷却器（2）和加热器（5），在管内形成密度差实现流体的自然循环；

所述流速测量装置（3）设置于循环管道（1）上，用于测量管内流体的流速；

所述无级流速调节装置（4）包括第一水箱（401）、流速调节管（402）、进流口（403）、出流口（404）和第一水泵（405），所述流速调节管（402）连接于所述循环管道（1）中，流速调节管（402）上设有进流口（403）和出流口（404）；且沿流速调节管（402）内流体流动方向，进流口（403）不位于出流口（404）的上游；进流口（403）和出流口（404）分别与第一水箱（401）相连构成第一循环回路，且第一循环回路上设有驱动第一水箱（401）内流体不断注入进流口（403）而出流口（404）中的流体不断回到第一水箱（401）的第一水泵（405），所述第一水泵（405）为调速水泵；

所述排气补水装置（6）用于排出所述顶部水平管中蓄积的水汽并补足管内水的损耗；

所述的排气补水装置（6）包括排气管（601）、第二水箱（602）、文丘里管（603）、第二水泵（604）、连接管路（605）和第三水箱（606）；所述第二水泵（604）、文丘里管（603）和第三水箱（606）通过连接管路（605）首尾相连形成第二循环回路，第二循环回路与第三水箱（606）的接口均位于液面以下；所述排气管（601）连接于所述顶部水平管中，排气管（601）的顶部设有带阀门的顶部接口，排气管（601）的底部设有带阀门的底部接口，所述底部接口通过管道接入第二水箱（602）的液面下方，所述顶部接口通过管路连接所述文丘里管（603）的喉管段。

2.如权利要求1所述的具有无级流速调节装置的热工自然循环实验仪，其特征在于，所述第一水泵（405）为无级变频调速水泵。

3.如权利要求1所述的具有无级流速调节装置的热工自然循环实验仪，其特征在于，所述流速测量装置（3）为文丘里流速测量装置。

4.如权利要求1所述的具有无级流速调节装置的热工自然循环实验仪，其特征在于，还包括温度测量装置（8），温度测量装置（8）由位于所述冷却器（2）和加热器（5）前后端的4个温度探头以及与4个温度探头相连的温度巡检仪组成。

5.如权利要求1所述的具有无级流速调节装置的热工自然循环实验仪，其特征在于，还包括排空阀（7），排空阀（7）设置于所述底部水平管的底部。

6.如权利要求1所述的具有无级流速调节装置的热工自然循环实验仪，其特征在于，还包括测压装置，所述测压装置包括测压管（9）、侧压排（10）和测压口（11），若干所述测压口（11）分布于整条循环管道（1）沿程的不同位置，每个测压口（11）均通过一条测压管（9）连接至侧压排（10）上。

7.如权利要求1所述的具有无级流速调节装置的热工自然循环实验仪，其特征在于，所述冷却器（2）为由冷却水制冷的换热器；所述加热器（5）内置加热棒和温度传感器，且加热棒在温度传感器的反馈控制下，由热泵调节箱调节加热功率。

8.如权利要求1所述的具有无级流速调节装置的热工自然循环实验仪，其特征在于，所述冷却器（2）的所处高度高于加热器（5）的所处高度，所述循环管道（1）整体通过铰接架设于支撑架上，能够绕铰接位置改变整个循环管道（1）所处的平面与水平面之间的夹角。

9.一种如权利要求1所述热工自然循环实验仪的运行方法，其特征在于，步骤如下：

S1：在循环管道（1）内注满流体，然后开启所述冷却器（2）和加热器（5），使加热器（5）所在位置的管内流体受热升温，而冷却器（2）所在位置的管内流体放热降温，两条侧部竖向管内的流体出现密度差，在密度差的驱动下流体形成自然循环流动；

S2：利用流速测量装置（3）测量管内流体的流速判断是否满足试验要求，当循环管道（1）内的实际流速低于目标流速时，调整冷却器（2）和加热器（5）的功率提高管内流速；当循环管道（1）内的实际流速高于目标流速时，启动所述的第一水泵（405），使第一水箱（401）内的流体不断注入进流口（403）并从出流口（404）回到第一水箱（401）中，在流速调节管（402）内形成水塞效应；通过调节第一水泵（405）的功率改变水塞效应导致的流动阻力，使循环管道（1）内的实际流速等于目标流速，保持第一水泵（405）的功率恒定，完成流速调节；

S3：当所述顶部水平管内出现水汽聚集时，启动所述第二水泵（604），使第三水箱（606）中的水通过文丘里管（603），在其喉管段形成文丘里负压抽吸效应，将顶部水平管内聚集的气液混合物抽吸至文丘里管（603），并通过第二循环回路中注入第三水箱（606）；而所述顶部水平管内因水汽被抽吸导致的负压则促使第二水箱（602）内的水被抽吸至顶部水平管内，保持循环管道（1）内处于满流状态。