[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

说明书

本发明公开了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，适用于管外池沸腾的换热测量技术，尤其涉及一种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技术；该测量装置可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、压力和温度等信号，利用池沸腾产生蒸汽与补水的焓差乘以补水流量，计算得出池沸腾换热量，包括四个模块：实验模块，自动补水模块，测量模块和蒸汽回收模块；本发明解决了池沸腾实验研究中测量换热量的技术问题，尤其是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，不仅可有效应用于化工、制药等相关工业领域，而且更可应用于管道内侧热工质为高温高压工质冷凝的换热量测量过程。

技术领域

本发明涉及换热测量技术领域，特别涉及一种用于管外池沸腾实验研究中的换热量测量装置，尤其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技术。

技术背景

池沸腾现象广泛存在于各类工业领域，比如化工、制药等等。福岛核事故发生后，世界各国都越来越重视核安全性这一重要课题的研究，因此作为第三代核电站主要技术的非能动安全系统应运而生。在非能动安全系统中，重要的传热机理为管内高温高压蒸汽冷凝和管外池沸腾，能够在全厂断电以及备用电源失效的情况下，依靠工质密度差建立自然循环，将堆芯热量导出从而保证电厂安全。由于测量参数的复杂性，在相关的实验研究中存在着一个管内冷凝管外池沸腾下换热量测量的技术难题。传统的热量加减法，是用实验管道两端的热量相加减得出实验管道的换热量。然而，这种方法不适用于较短的实验管道，否则会出现工程上常见的“大数减小数”的失准问题，但采用较长的实验管道不仅大幅增加了实验投入，又会引入管内流型变化的干扰，同时让换热系数的计算只能限于较长管道的平均值，无法得出更加精确细致的结果。

综上所述，目前对池沸腾实验研究中换热量测量的技术相对匮乏，尤其对管内为高温高压工质冷凝，管外为池沸腾的物理过程缺乏相应的测量手段，严重阻碍了实验研究的深入和细化，必须寻求一种新型的测量装置来解决这一难题。

发明内容

本发明的目的是针对池沸腾换热量测量技术相对匮乏，尤其无法精确测量管内冷凝管外池沸腾过程中换热量的技术现状，提供了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，测量精确操作灵活，同时具有自动化和节能环保等优点，适用于池沸腾的换热测量技术，更适用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技术。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于池沸腾实验研究中的换热量测量装置，适用于管外池沸腾的换热测量，尤其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、压力和温度等信号，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；