[发明专利]一种用于池沸腾实验研究中的换热量测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种用于池沸腾实验研究中的换热量测量装置，其特征在于：适用于管内冷凝管外池沸腾两侧均存在相变的物理过程的换热量测量；该测量装置能够对实验水箱进行自动补水维持液位稳定，通过测量补水流量、压力和温度信号，利用池沸腾蒸汽与补水的焓差乘以补水流量，计算得出池沸腾换热量；所述测量装置包括实验模块、自动补水模块、测量模块和蒸汽回收模块；

所述实验模块包括由保温棉包裹的实验水箱(1)，用于排出池沸腾蒸汽并且同样采取保温措施的排气通道(3)，布置在排气通道(3)内的汽水分离装置(4)，插入实验水箱(1)内的实验管道(5)，用于固定实验管道(5)的左侧连接法兰(6-1)和右侧连接法兰(6-2)以及连接在实验水箱(1)上表示水箱液位高度的液位计(7)；

所述自动补水模块包括与液位计(7)依次相连用于实时测量液位计(7)中液柱与大气环境压力差的压差表DP(8)、根据压差表DP(8)的电子信号进行偏差-积分-微分运算的PID控制器(9)和根据PID控制器(9)的输出信号改变自身输出频率的变频器VFD(10)，还包括用于储藏补水和喷淋冷凝蒸汽的补水-喷淋水箱(11)，设置在补水-喷淋水箱(11)底部与实验水箱(1)连通的补水通道(12)以及与变频器VFD(10)相连为补水过程提供动力的补水水泵(13)；

所述测量模块包括布置在补水通道(12)上测量补水流量、压力和温度的质量流量计(14)、压力表(15)、热电偶(16)以及与质量流量计(14)、压力表(15)和热电偶(16)连接的用于采集流量、压力和温度的信号采集系统(17)；

所述蒸汽回收模块包括与补水-喷淋水箱(11)连接的工业冷水机(20)，通过喷淋水通道(19)与工业冷水机(20)连通且从补水-喷淋水箱(11)顶部伸入的喷淋装置(18)；

所述实验水箱(1)上设置有便于观察池沸腾现象的可视窗(2)；

所述实验管道(5)为不锈钢材质。

2.根据权利要求1所述的一种用于池沸腾实验研究中的换热量测量装置，其特征在于：所述左侧连接法兰(6-1)和右侧连接法兰(6-2)能够便于实验管道(5)安装拆卸的同时并保证实验管道(5)与实验水箱(1)的密封和绝热绝缘。

3.根据权利要求1所述的一种用于池沸腾实验研究中的换热量测量装置，其特征在于：所述实验管道(5)内侧热工质的传热机理为单相对流或两相冷凝。

4.权利要求1所述用于池沸腾实验研究中的换热量测量装置的测量方法，其特征在于：向实验水箱(1)内注入补水，维持液位计(7)中合适的液位高度使实验管道(5)浸没在水中，压差表DP(8)将此时的液位高度与环境大气的压力差转化为电子信号，调节PID控制器(9)的控制参数使变频器VFD(10)处于动作状态且补水水泵(13)刚好启动流量稍稍大于零值；向实验管道(5)通入热工质，随着池沸腾现象发生，液位计(7)中液位变化的电子信号由压差表DP(8)传递给PID控制器(9)，PID控制器(9)控制变频器VFD(10)的输出频率，从而使得补水水泵(13)对实验水箱进行实时补水维持液位恒定；管外池沸腾产生的蒸汽在排气通道(3)中经过汽水分离装置(4)到达补水-喷淋水箱(11)，利用喷淋水通道(19)和喷淋装置(18)对补水-喷淋水箱(11)中的池沸腾蒸汽进行喷淋，工业冷水机(20)对补水进行冷却,冷却后的补水由补水水泵(13)提供动力经过补水通道(12)流向实验水箱(1)从而实现补水的循环利用；当实验管道(5)内外达到换热平衡后，利用信号采集系统(17)记录布置在补水通道(12)上的质量流量计(14)、压力表(15)和热电偶(16)采集的质量流量M、压力P和温度T数据，通过P、T查询物性得出补水焓值H₁以及大气环境下的饱和蒸汽焓值H₂，由下式计算得出换热量Q；

Q＝(H₂-H₁)×M。

5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于：质量流量计(14)、压力表(15)和热电偶(16)示数不再变化超过五分钟之后方可采集数据，保证管道内外达到平衡状态。