[发明专利]一种用于研究非均匀热流边界下流量漂移的实验装置

说明书

本发明属于流体动力学实验领域，公开了一种用于研究非均匀热流边界下流量漂移的实验装置，第一储液罐的出口依次通过与工质泵、流量计与实验本体组的入口相连，实验本体组的出口与第二储液罐连接；实验本体组的入口处设置有第一压力传感器，出口处设置有第二压力传感器；实验本体组包括钢管，钢管外部周向均匀的覆盖有多个加热片，每个加热片的加热功率可分别控制，实现对钢管提供周向均匀热流或周向非均匀热流；钢管外部布置有用于测量温度的热电偶，多个热电偶沿钢管的周向和轴向分别均匀布置。本发明能够实现非均匀热流边界条件，开展气液相变系统中发生流量漂移的实验研究，并探究改善流量漂移的方法。

技术领域

本发明属于流体动力学实验领域，更具体的说，是涉及一种用于研究流量漂移的实验装置。

背景技术

两相流动沸腾过程中常会出现流动不稳定现象，流动不稳定分为静态不稳定和动态不稳定，其中流量漂移是一种较为常见的静态不稳定现象。流量漂移是由管路压降-质量通量曲线的负斜率区引发的。当流体位于负斜率区的某点时，如果流量发生扰动，流体将偏离原来的工况，在新的工况下运行。如果流量漂移导致流量减小，将会引起管道烧坏，对沸腾通道造成极大危害；如果流量漂移导致流量增大，将会导致设备出口的干度过低，影响后续设备的安全运行。尽管流量漂移的发生取决于外部和内部压降特性曲线的关系，但是为了防止流量变得不稳定，最好还是要避免负斜率区的出现。因此，研究流量漂移的特性可有效指导工程领域采取合理的手段避免不稳定性产生的危害，对于设备的设计和运行调控有着重要的意义。

在核反应堆、热交换器(如槽式太阳能集热器)、航空航天热控系统(如泵驱动的两相散热系统)等发生气液相变的系统中，热流边界条件往往表现出明显的非均匀分布。但现有研究流动不稳定的装置，绝大部分都采用均匀热流边界条件，如公开号为CN110444303A的中国发明专利申请“用于流动传热、流动不稳定和沸腾临界实验的装置和方法”和公开号为CN107170501B的中国发明专利申请“一种抑制汽液两相自然循环系统流动不稳定的方法和装置”。现有实验装置无法满足现实中各种非均匀热流的边界条件，缺乏对非均匀热流边界条件的设置。公开号为CN103219055B的中国发明专利申请“用于检测核反应堆中间隙流动不稳定现象的装置”采用了模拟流动不稳定的上升段，相当于装置倾角90度，缺乏对装置在各个倾角下发生流动不稳定的实验探究，无法进行对照实验，从而得到改善流动不稳定的方法。

综上，在气液相变系统中发生流动不稳定特别是流量漂移会对系统产生极大的危害，探究流量漂移的特性及寻找改善流量漂移的方法是亟需解决的问题。因此，如何实现非均匀热流边界的实验条件，以及非均匀热流边界和改变装置倾角对改善流量漂移如何产生影响，成为探究气液相变系统中流量漂移现象的研究重点。

发明内容

本发明着力于解决的技术问题是发生气液相变的系统中，热流边界条件往往表现出明显的非均匀分布，而且容易出现流量漂移现象。故而提供一种用于研究非均匀热流边界下流量漂移的实验装置，能够实现非均匀热流边界条件，开展气液相变系统中发生流量漂移的实验研究，并探究改善流量漂移的方法。

为了解决上述技术问题，本发明具体通过以下的技术方案予以实现：

一种用于研究非均匀热流边界下流量漂移的实验装置，包括第一储液罐、工质泵、流量计、实验本体组、第二储液罐；所述第一储液罐的出口依次通过所述工质泵和所述流量计与所述实验本体组的入口相连，所述实验本体组的出口与所述第二储液罐连接；所述实验本体组的入口处设置有第一压力传感器，出口处设置有第二压力传感器；

所述实验本体组包括钢管，所述钢管外部周向均匀的覆盖有多个加热片，每个加热片的加热功率可分别控制，实现对所述钢管提供周向均匀热流或周向非均匀热流；所述钢管外部布置有多个热电偶，所述热电偶沿所述钢管外部的周向和轴向分别均匀布置，所述热电偶用于测量所述钢管温度。

进一步地，所述第一储液罐和所述第二储液罐均设有压力控制装置。