[发明专利]摇摆条件下两相流界面参数分布特性实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种热工水力技术及化学工程领域的两相流实验装置。

背景技术

气液两相流动广泛应用于实际工业过程中，如化学反应工程，石油天然气运输及动力工程等。随着近年来人类对节能的需求及高性能换热技术的出现，流动沸腾越来越受到研究者的重视。目前对气液两相流动宏观压降和流型等相关研究已经开展了很多年，但对于两相局部界面分布及界面输运过程等微观现象的研究还不够成熟。随着两流体模型的提出和建立，界面面积浓度作为一个重要的参量必须通过实验手段获得。因此对两相流动局部参数进行准确的实验测量有十分重要的意义。

将核动力反应堆成功运用于船舶动力装置是二十世纪人类科学的重大成就。相对于陆基反应堆，船用反应堆受海洋条件的影响会出现摇摆、起伏、倾斜等附加运动，其动力装置中冷却剂流动特性可能发生改变。尽管国内外学者对摇摆等非稳态条件下单相流动及两相流动宏观压降等进行了大量研究，但对摇摆条件下两相局部相分布特性的研究未见公开发表的文献，没有现成的可实现相关功能的实验装置。目前摇摆条件下两相局部参数分布特性及传热传质机理尚不明确，因此很有必要开展这方面的研究，为船用反应堆技术的发展提供支持。

实验是科学研究不可缺少的重要手段，所有的理论分析或数值计算结果都需要得到实验的验证。在两流体模型中，界面浓度目前主要依赖实验手段获得，需要对两相流局部相界面进行测量，探针或者高速摄影仪等先进仪器运用较多。非稳态条件下两相流动与稳定状态下有较大不同，实验段空间位置实时变化，需借助于摇摆台在运动条件下对局部参数进行实时监测。能否准确获得摇摆条件下两相流动局部参数分布特性是决定船用反应堆热工水力及非稳态传热传质研究能否取得实质性进展的关键因素。

对大通道圆管内两相流动相界面分布特性的研究，目前开发的实验装置较多，如采用光学探针，电导探针，高速摄影，射线衰减，粒子示踪等。其中光纤探针因其相应频率高，制作简单而被大量采用(如：Shen X，Saito Y，MishimaK，et al.A study on the characteristics of upward air-water two-phaseflow in a large diameter pipe.Experimental Thermal and Fluid Science31(2006)21-36；Kataoka I，Serizawa A.Interfacial area concentrationin bubbly flow.Nuclear Engineering and Design 120(1990)163-180)。这类实验装置只能对稳定状态下两相流动局部界面参数进行测量。实验段或者其支承架直接与地面相接，无法获得摇摆条件下气液两相流动。摇摆条件下气液两相流动特性的研究目前国内主要集中在哈尔滨工程大学(如阎昌琪，于凯秋，栾锋等.摇摆对气-液两相流流型及空泡份额的影响[J].核动力工程，2008，29(4)；曹夏昕，阎昌琪，孙中宁.气-液两相泡状流在摇摆状态下的摩擦压降计算，核动力工程，2007，28(1).)。这类实验装置只能对两相流动宏观压降，流型及平均空泡份额等进行测量，不能深入的对两相流局部界面参数进行研究，对摇摆条件下气液界面输运机理尚不明确。同时这类实验装置采用的实验段通道直径一般在40mm以下，无法模拟大通道内两相流动特性。

发明内容

本发明的目的在于提供实现摇摆条件下两相流动局部界面参数的测量摇摆条件下两相流界面参数分布特性实验装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明摇摆条件下两相流界面参数分布特性实验装置，其特征是：包括储水箱、混合腔、实验段、汽水分离装置、空气压缩机、储气罐、摇摆台、光电转换器、光源，混合腔、汽水分离装置分别安装在实验段的两端，储水箱通过管路分别连接汽水分离装置和混合腔，储气罐和空气压缩机并联后与混合腔相连，混合腔还连接摇摆台，所述的实验段上安装有光纤探针、压力传感器，光电转换器面对光纤探针布置，光源面向光电转换器。

本发明还可以包括：

1、还包括探针定位及驱动机构，探针定位及驱动机构包括相互连接的横向金属杆、电机和螺旋测微计，光纤探针连接探针定位及驱动机构。

2、所述的实验段上设置观察段，实验段采用有机玻璃圆管，观察段采用有机玻璃将圆管外表面补偿成为矩形截面，观察段旁设置摄像机。