[发明专利]高压汽液两相相分布特性实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量装置，尤其涉及一种用于汽液两相相分布的实验装置。

背景技术

汽液两相流在能源动力、核能、石油、化工、制冷及航空航天等工业领域广泛存在。汽液两相流动最为显著的特征之一就是时空尺度上局部参数分布的不均匀性，这一特性表现为汽液两相物质共存和运动所造成的系统内部不同区域各相的份额、流动参数等均存在差异。早期由于实验技术的制约，汽液两相流动的研究相对比较粗糙，在实验测量上主要针对总体平均参数，理论分析也多局限在均相流模型，这相当于忽略了分布的不均匀性。

随着研究的深入，研究者发现仅仅对总体平均参数的了解是不够的，汽液两相流动的不均匀性会严重影响流动、换热特性。特别值得指出的是，汽液两相流动局部参数及相分布特性的研究对两相流数理模型的建立意义尤为重大。建立、验证及发展两流体模型均需要两相流局部参数及其分布特性实验数据的支持。总之，两相流局部参数及其分布特性的研究对于认清两相流动基本现象和规律，建立、验证及改进相关理论和模型非常重要。

汽液两相流与沸腾换热不仅存在于静止条件下的工业设备中，船舶及航空航天工业领域也大量出现汽液两相流与沸腾换热，这些领域内的工况条件大多处于运动条件下。例如，在飞机着陆时，机体处于倾斜状态；在海洋环境中，核动力及常规动力船舶舰艇将受到风浪、洋流和暗涌的作用而产生非常复杂的运动状态。这些情况导致动力装置的工作状况处于三维空间六自由度单一或多种模式迭加的非均匀变速运动条件下，产生时空瞬变的外力场，动力设备中工质的两相流动换热特性可能会发生改变并直接影响动力装置的性能，进而会严重影响装置安全运行及经济性。

但已有对汽液两相流局部相界面参数和相分布规律的结论都是基于静止条件下获得的，其在运动条件下的适用性还尚待验证，对运动条件下汽液两相流相分布特性的认识还停留在比较笼统的定性水平，特别是对于倾斜、摇摆及深潜等典型海洋运动条件对汽液两相流局部相界面参数及相分布特性的影响机理缺乏研究，尚未形成系统的研究成果。因此，对海洋运动条件下汽液两相流局部相界面参数及相分布特性开展研究是很有必要的。

目前，实验研究工作都是局限在静止环境中，针对绝热条件下空气-水两相流动系统开展的，采用探针法（电导探针或光学探针）对气液两相流动局部参数进行测量，探究空气-水两相流动相分布特性。当前，缺乏能够获得不同运动环境及实现加热条件的汽液两相流动相分布特性研究的实验装置。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有技术的不足，提供一种能够获得不同运动环境及实现加热条件的高压汽液两相相分布特性实验装置。    

本发明的目的通过以下技术方案实现：

高压汽液两相相分布特性实验装置，包括加热管，加热管垂直布置，加热管包括一出口和一进口，加热管上开设有探针孔；还包括通过探针孔插入加热管内的光学探针；加热管固定在六自由度平台上。

本发明在工作时，采用电加热方式加热加热管中的工质，产生汽液两相流，通过位于探针孔中的光学探针测量局部相界面参数。

同时，在测量过程中，通过六自由度平台带动加热管运动，从而模拟三维空间六自由度单一或多种模式迭加的非均匀变速运动条件下汽液两相流局部相界面的状态。

通过本发明能够测量运动状态下的局部相界面参数。

进一步的，所述加热管上开设有两个测压孔，其中一个测压孔位于所述探针孔上方，另一个测压孔位于探针孔下方；还包括设置于测压孔中的测压组件。

为了获得用于分析两相流压降特性与相分布特性关系的热工参数，为了推导获得截面平均空泡份额，并据此验证光学探针测量参数的准确性，设置用于测量局部压降的测压组件。 

进一步的，所述探针孔和所述测压孔的轴线与所述加热管的轴线垂直且相交。

探针孔和测压孔的轴线与加热管的轴线垂直，使得光学探针的测点位于加热管横截面的直线上，从而得到更加准确的检测结果。

进一步的，还包括三个与所述加热管连接的导电铜排，其中一个导电铜排位于所述探针孔的上方，另外两个导电铜排位于所述探针孔的下方。

选择上两个导电铜排时，光学探针位于加热段（过冷沸腾段）内，因此可获得过冷沸腾参数。选择下两个导电铜排时，加热段为下两个导电排之间，光学探针位于加热段之上，即两相流体流出加热段会冷凝，然后才接触光学探针，因此可获得冷凝参数。

进一步的，还包括第三法兰和第四法兰；第三法兰与所述探针孔连接，所述光学探针贯穿第三法兰和第四法兰的内孔并通过所述探针孔插入所述加热管内；第三法兰和第四法兰榫槽连接并通过螺栓紧固。