[发明专利]含有多组分不凝性气体的蒸汽冷凝换热实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种冷凝换热实验装置，具体地说是一种含有多组分不凝性气体的蒸汽冷凝换热实验装置。

背景技术

蒸汽冷凝作为基本传热形式，能够从较低温差中获得很高的换热系数，因而广泛应用于能源、动力、化工等诸多行业中。加强蒸汽冷凝换热能力对提高换热器热效率意义重大，然而空气等不凝性气体对冷凝传热具有强烈的抑制作用，比如在水蒸汽中质量分数1%的空气就能使传热系数降低60%，所以其定量研究近年来一直是传热学及相关领域的研究热点。目前在海水淡化领域，含空气的蒸汽冷凝换热能力在一定程度上决定了露点蒸发淡化装置的淡水产率，研究其强化途径就为降低能耗、改进设备工艺等指明了方向；而在核动力装置运行领域，含不凝性气体的蒸汽冷凝换热的研究对核电站在事故工况下的热量导出和冷凝器的安全运行具有非常重要的意义。

目前针对含不凝性气体的蒸汽冷凝换热，实验研究是不可替代的途径，但主要集中于水平管冷凝以及竖直管管内冷凝方面，对竖直管管外冷凝研究较少，尤其在多组分不凝性气体和强化管条件下。而实验装置是获取可靠数据必须倚靠的硬件设施，这就需要一种适用于竖直管管外冷凝并且含多组分不凝性气体的蒸汽冷凝换热实验装置。在已公开的冷凝实验装置中，专利申请号为89201616.7的专利文件中公开的“凝汽器综合实验装置”，只能进行水平管管外冷凝的教学演示实验，也无法满足科研实验的精度要求；专利申请号为200820155479.6的专利文件中公开的“单管管内蒸发和冷凝一体化实验装置”，只能进行单管管内冷凝实验。它们从结构上都不能进行竖直管管外冷凝实验，而管道采取水平还是竖直布置以及蒸汽在管内或管外冷凝都会在气体混合、凝液积聚等方面存在差异，冷凝传热特性也明显不同。MITDehbi的实验装置（Dehbi.The Effects of Non-condensable Gases on Steam Condensation underTurbulent Natural Convection Conditions,1991.）虽然能进行竖直管管外冷凝实验，但是存在以下缺陷：（1）将蒸汽源设在实验体内部，为给数据测量留有足够长的稳定时间就需要很大的水空间，造成实验体体积庞大，对实验场地、筒体强度和密封性都有很高要求；若实验体体积较小，频繁补水将使系统压力产生大幅波动，大大缩短稳定时间，甚至根本无法稳定，不能满足测量精度要求。（2）由于混合气体各组分会存在较大密度差异，相反的蒸汽流向会产生截然不同的气体混合效果，从而对冷凝传热产生明显影响，该装置不能改变蒸汽流向，无法研究蒸汽流向对冷凝传热的影响。（3）近管壁处不凝性气体层分布对分析不凝性气体对冷凝传热的抑制机理具有重要价值，气体层内部的温度、浓度参数都是极为重要的数据支持，但该装置没有对其设置任何测量装置，不能进行这方面的实验研究。（4）无法测量和调节蒸汽流量，换热量只能通过冷却水侧测量，其准确性不能得到蒸汽侧的验证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够满足多种竖直单管和管束的管外冷凝换热实验要求的含有多组分不凝性气体的蒸汽冷凝换热实验装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括蒸汽供应系统、空气供应系统、其它气体供应系统、冷却水系统和冷凝实验体，冷凝实验体包括壳体和设置于壳体内的实验管，壳体的上部与下部分别设置上进气管与下进气管，上进气管与下进气管上分别安装有上进气阀与下进气阀，上进气管与下进气管并联后的主管线与蒸汽供应系统、空气供应系统和其它气体供应系统相连，壳体底部连接凝液罐，蒸汽在冷凝实验体内凝结后、凝水从壳体底部向下流入凝液罐经过排水阀排出，实验管的上下两端与冷却水系统相连。

本发明还可以包括：

1、所述蒸汽供应系统包括锅炉，由锅炉产生的蒸汽经蒸汽输送管连接主管线，蒸汽输送管上设置蒸汽流量计，蒸汽流量计的两端设置截止阀。

2、所述空气供应系统主要由空压机、储气罐、油气分离器组成，空压机向储气罐充气，空气经过油气分离器进入主管线，油气分离器与主管线之间设置控制阀。

3、其它气体供应系统主要由高压储气瓶和减压阀组成，气体由高压储气瓶提供，经过减压阀进入主管线。

4、冷却水系统包括水池、水泵、过滤器、冷却水流量计、稳压罐，水泵从水池抽水后，冷却水依次经过过滤器、冷却水流量计、稳压罐进入实验管下端，在管内换热后的冷却水从实验管上端引出经过出口处调节阀返回水池，冷却水流量由调节阀控制。

5、所述蒸汽流量计为并列的两个组成蒸汽流量计组，蒸汽流量计组的两端都设置有竖直向下的疏水旁路。