高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，包括加熱管，加熱管垂直布置，加熱管包括一出口和一進口，加熱管上開設有探針孔;還包括通過探針孔插入加熱管內的光學探針；加熱管固定在六自由度平臺上。本發明的優點在于，通過本發明能夠測量運動狀態下的局部相界面參數。
【專利說明】高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測量裝置，尤其涉及一種用于汽液兩相相分布的實驗裝置。
【背景技術】
[0002] 汽液兩相流在能源動力、核能、石油、化工、制冷及航空航天等工業領域廣泛存在。 汽液兩相流動最為顯著的特征之一就是時空尺度上局部參數分布的不均勻性，這一特性表 現為汽液兩相物質共存和運動所造成的系統內部不同區域各相的份額、流動參數等均存在 差異。早期由于實驗技術的制約，汽液兩相流動的研究相對比較粗糙，在實驗測量上主要針 對總體平均參數，理論分析也多局限在均相流模型，這相當于忽略了分布的不均勻性。
[0003] 隨著研究的深入，研究者發現僅僅對總體平均參數的了解是不夠的，汽液兩相流 動的不均勻性會嚴重影響流動、換熱特性。特別值得指出的是，汽液兩相流動局部參數及相 分布特性的研究對兩相流數理模型的建立意義尤為重大。建立、驗證及發展兩流體模型均 需要兩相流局部參數及其分布特性實驗數據的支持。總之，兩相流局部參數及其分布特性 的研究對于認清兩相流動基本現象和規律，建立、驗證及改進相關理論和模型非常重要。
[0004] 汽液兩相流與沸騰換熱不僅存在于靜止條件下的工業設備中，船舶及航空航天工 業領域也大量出現汽液兩相流與沸騰換熱，這些領域內的工況條件大多處于運動條件下。 例如，在飛機著陸時，機體處于傾斜狀態；在海洋環境中，核動力及常規動力船舶艦艇將受 到風浪、洋流和暗涌的作用而產生非常復雜的運動狀態。這些情況導致動力裝置的工作狀 況處于三維空間六自由度單一或多種模式迭加的非均勻變速運動條件下，產生時空瞬變的 外力場，動力設備中工質的兩相流動換熱特性可能會發生改變并直接影響動力裝置的性 能，進而會嚴重影響裝置安全運行及經濟性。
[0005] 但已有對汽液兩相流局部相界面參數和相分布規律的結論都是基于靜止條件下 獲得的，其在運動條件下的適用性還尚待驗證，對運動條件下汽液兩相流相分布特性的認 識還停留在比較籠統的定性水平，特別是對于傾斜、搖擺及深潛等典型海洋運動條件對汽 液兩相流局部相界面參數及相分布特性的影響機理缺乏研究，尚未形成系統的研究成果。 因此，對海洋運動條件下汽液兩相流局部相界面參數及相分布特性開展研究是很有必要 的。
[0006] 目前，實驗研究工作都是局限在靜止環境中，針對絕熱條件下空氣-水兩相流動 系統開展的，采用探針法（電導探針或光學探針）對氣液兩相流動局部參數進行測量，探究 空氣-水兩相流動相分布特性。當前，缺乏能夠獲得不同運動環境及實現加熱條件的汽液 兩相流動相分布特性研究的實驗裝置。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的即在于克服現有技術的不足，提供一種能夠獲得不同運動環境及實 現加熱條件的高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置。 本發明的目的通過以下技術方案實現： 高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，包括加熱管，加熱管垂直布置，加熱管包括一出口 和一進口，加熱管上開設有探針孔；還包括通過探針孔插入加熱管內的光學探針；加熱管 固定在六自由度平臺上。
[0008] 本發明在工作時，采用電加熱方式加熱加熱管中的工質，產生汽液兩相流，通過位 于探針孔中的光學探針測量局部相界面參數。
[0009] 同時，在測量過程中，通過六自由度平臺帶動加熱管運動，從而模擬三維空間六自 由度單一或多種模式迭加的非均勻變速運動條件下汽液兩相流局部相界面的狀態。
[0010] 通過本發明能夠測量運動狀態下的局部相界面參數。
[0011] 進一步的，所述加熱管上開設有兩個測壓孔，其中一個測壓孔位于所述探針孔上 方，另一個測壓孔位于探針孔下方；還包括設置于測壓孔中的測壓組件。
[0012] 為了獲得用于分析兩相流壓降特性與相分布特性關系的熱工參數，為了推導獲得 截面平均空泡份額，并據此驗證光學探針測量參數的準確性，設置用于測量局部壓降的測 壓組件。
[0013] 進一步的，所述探針孔和所述測壓孔的軸線與所述加熱管的軸線垂直且相交。
[0014] 探針孔和測壓孔的軸線與加熱管的軸線垂直，使得光學探針的測點位于加熱管橫 截面的直線上，從而得到更加準確的檢測結果。
[0015] 進一步的，還包括三個與所述加熱管連接的導電銅排，其中一個導電銅排位于所 述探針孔的上方，另外兩個導電銅排位于所述探針孔的下方。
[0016] 選擇上兩個導電銅排時，光學探針位于加熱段(過冷沸騰段）內，因此可獲得過冷 沸騰參數。選擇下兩個導電銅排時，加熱段為下兩個導電排之間，光學探針位于加熱段之 上，即兩相流體流出加熱段會冷凝，然后才接觸光學探針，因此可獲得冷凝參數。
[0017] 進一步的，還包括第三法蘭和第四法蘭；第三法蘭與所述探針孔連接，所述光學探 針貫穿第三法蘭和第四法蘭的內孔并通過所述探針孔插入所述加熱管內；第三法蘭和第四 法蘭榫槽連接并通過螺栓緊固。
[0018] 進一步的，所述第三法蘭的內孔中設置有包圍所述光學探針外表面的絕緣石英 管；所述第三法蘭和所述第四法蘭的榫槽連接處設置有法蘭絕緣片。
[0019] 進一步的，所述第四法蘭的內孔中設置有0型密封圈。
[0020] 設置0型密封圈，起密封效果，防止加熱管內的工質泄漏。
[0021] 進一步的，還包括與所述光學探針連接的步進驅動裝置。
[0022] 步進驅動裝置驅動光學探針在加熱管的徑向方向上移動，從而測量不同位置的相 界面參數。
[0023] 進一步的，還包括設置于所述加熱管的進口和出口處的測溫組件。
[0024] 測溫組件用于測量進出口溫度，用于兩相流流動傳熱實驗中熱平衡分析及熱工參 數對相分布特性的影響分析。
[0025] 進一步的，還包括支撐板，支撐板固定在所述六自由度平臺上；所述加熱管的上端 固定在支撐板上；所述加熱管的下端連接有滑動導向塊，支撐板上固定有滑動導向槽，滑動 導向塊設置于滑動導向槽中。
[0026] 在加熱的工況下，加熱管的軸線長度會不可避免的增大，為了適應加熱管軸向長 度的變化，加熱管的底部采用活動連接固定在支撐板上。加熱管的軸向長度變化時，滑動導 向塊在滑動導向槽內垂直滑動，而不產生橫向移動，從而保證運動條件下本實驗裝置的穩 定性。
[0027] 綜上所述，本發明的優點和有益效果在于： 1. 通過本發明能夠測量運動狀態下的局部相界面參數； 2. 探針孔和測壓孔的軸線與加熱管的軸線垂直，使得光學探針的測點位于加熱管橫截 面的直線上，從而得到更加準確的檢測結果； 3. 本發明設置三個導電銅排，從而能夠測量冷凝參數和過冷沸騰參數，適用范圍廣； 4. 本發明能夠適應加熱管長度的變化，從而保證運動條件下本實驗裝置的穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 為了更清楚地說明本發明的實施例，下面將對描述本發明實施例中所需要用到的 附圖作簡單的說明。顯而易見的，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對 于本領域的技術人員而言，在不付出創造性勞動的情況下，還可以根據下面的附圖，得到其 它附圖。
[0029] 圖1為本發明的結構示意圖； 圖2為本發明的A處結構示意圖； 其中，附圖標記對應的零部件名稱如下： 1-實驗段法蘭，2-螺栓，3-螺母，4-螺母絕緣墊片，5-金屬墊片，6-法蘭絕緣墊片， 7_光學探針，8-步進驅動裝置，9-光電轉換裝置，10-加熱管，11-測溫組件，12-直角彎 頭，13-固定式導向塊，14-固定式導向槽，15-測壓組件，16-導電銅排，17-滑動式導向塊， 18-滑動式導向槽，19-支撐板，20-支撐座，21-六自由度平臺，22-第三法蘭，23-第四法 蘭，24-絕緣石英管，25-蘭絕緣片，26-0型密封圈。
【具體實施方式】
[0030] 為了使本領域的技術人員更好地理解本發明，下面將結合本發明實施例中的附圖 對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。顯而易見的，下面所述的實施例僅僅 是本發明實施例中的一部分，而不是全部。基于本發明記載的實施例，本領域技術人員在不 付出創造性勞動的情況下得到的其它所有實施例，均在本發明保護的范圍內。
[0031] 實施例1 : 如圖1所示，高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，包括加熱管10,加熱管10垂直布置， 加熱管10包括一出口和一進口，加熱管10上開設有探針孔；還包括通過探針孔插入加熱管 10內的光學探針7 ;加熱管10固定在六自由度平臺21上。
[0032] 在本實施例中，，通過六自由度平臺21帶動加熱管運動，從而模擬三維空間六自 由度單一或多種模式迭加的非均勻變速運動條件下汽液兩相流局部相界面的狀態，從而測 量運動狀態下的局部相界面參數。
[0033] 實施例2 : 如圖1所示，本實施例在實施例1的基礎上，所述加熱管10上開設有兩個測壓孔，其中 一個測壓孔位于所述探針孔上方，另一個測壓孔位于探針孔下方；還包括設置于測壓孔中 的測壓組件15。
[0034] 實施例3 : 如圖1所示，本實施例在實施例2的基礎上，所述探針孔和所述測壓孔的軸線與所述加 熱管10的軸線垂直且相交。
[0035] 實施例4 : 如圖1所示,本實施例在上述任意一種實施例的基礎上，還包括三個與所述加熱管10 連接的導電銅排16,其中一個導電銅排16位于所述探針孔的上方，另外兩個導電銅排16位 于所述探針孔的下方。
[0036] 實施例5 : 如圖2所示，本實施例在上述任意一種實施例的基礎上，還包括第三法蘭22和第四法 蘭23 ;第三法蘭22與所述探針孔連接，所述光學探針7貫穿第三法蘭22和第四法蘭23的 內孔并通過所述探針孔插入所述加熱管10內；第三法蘭22和第四法蘭23榫槽連接并通過 螺栓緊固。
[0037] 實施例6 : 如圖2所示，本實施例在實施例5的基礎上，所述第三法蘭22的內孔中設置有包圍所 述光學探針7外表面的絕緣石英管24 ;所述第三法蘭22和所述第四法蘭23的榫槽連接處 設置有法蘭絕緣片25。
[0038] 實施例7 : 如圖2所示，本實施例在實施例5或6的基礎上，所述第四法蘭23的內孔中設置有0 型密封圈26。
[0039] 實施例8 : 如圖1所示,本實施例在上述任意一種實施例的基礎上，還包括與所述光學探針7連接 的步進驅動裝置8。步進驅動裝置8可以為步進電機，用于驅動光學探針7的測量端在加熱 管的橫截面內運動，從而得到不同位置的測量參數。
[0040] 實施例9 : 如圖1所示，本實施例在上述任意一種實施例的基礎上，還包括設置于所述加熱管10 的進口和出口處的測溫組件11。
[0041] 實施例10 : 如圖1所示，本實施例在上述任意一種實施例的基礎上，還包括支撐板19,支撐板19固 定在所述六自由度平臺21上；所述加熱管10的上端固定在支撐板19上；所述加熱管10的 下端連接有滑動導向塊17,支撐板19上固定有滑動導向槽18,滑動導向塊17設置于滑動 導向槽18中。
[0042] 實施例11 : 如圖1所示，本實施例在上述任意一種實施例的基礎上，對本實驗裝置進行進一步說 明。
[0043] 加熱管10的兩端設置有實驗段法蘭1，實驗段法蘭1包括榫槽連接的第一法蘭和 第二法蘭，第一法蘭和第二法蘭的榫槽連接處設置有法蘭絕緣墊片6.。第一法蘭和第二法 蘭通過螺栓2和螺母3緊固，螺母3與法蘭之間還設置有金屬墊片5,金屬墊片5與螺母3 之間還設置有螺母絕緣墊片4。第一法蘭與加熱管10的端部連接，第二法蘭與直角彎頭12 連接。
[0044] 實施例12 : 如圖1所示，本實施例在實施例11的基礎上，對本實驗裝置進行進一步說明。
[0045] 第一法蘭與固定式導向塊13連接，固定式導向塊13橫向設置并位于支撐板19上 的固定式導向槽14中，固定式導向塊13通過螺栓固定在固定式導向槽14中。
[0046] 實施例13 : 如圖1和圖2所示，高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，包括加熱管10,加熱管10垂直 布置，加熱管10包括一出口和一進口，加熱管10上開設有探針孔；還包括通過探針孔插入 加熱管10內的光學探針7 ;加熱管10固定在六自由度平臺21上。
[0047] 所述加熱管10上開設有兩個測壓孔，其中一個測壓孔位于所述探針孔上方，另一 個測壓孔位于探針孔下方；還包括設置于測壓孔中的測壓組件15。
[0048] 所述探針孔和所述測壓孔的軸線與所述加熱管10的軸線垂直且相交。
[0049] 還包括三個與所述加熱管10連接的導電銅排16,其中一個導電銅排16位于所述 探針孔的上方，另外兩個導電銅排16位于所述探針孔的下方。
[0050] 還包括第三法蘭22和第四法蘭23 ;第三法蘭22與所述探針孔連接，所述光學探 針7貫穿第三法蘭22和第四法蘭23的內孔并通過所述探針孔插入所述加熱管10內；第三 法蘭22和第四法蘭23榫槽連接并通過螺栓緊固。
[0051] 所述第三法蘭22的內孔中設置有包圍所述光學探針7外表面的絕緣石英管24 ; 所述第三法蘭22和所述第四法蘭23的榫槽連接處設置有法蘭絕緣片25。
[0052] 所述第四法蘭23的內孔中設置有0型密封圈26。
[0053] 還包括與所述光學探針7連接的步進驅動裝置8。
[0054] 還包括設置于所述加熱管10的進口和出口處的測溫組件11。
[0055] 還包括支撐板19,支撐板19固定在所述六自由度平臺21上；所述加熱管10的上 端固定在支撐板19上；所述加熱管10的下端連接有滑動導向塊17,支撐板19上固定有滑 動導向槽18,滑動導向塊17設置于滑動導向槽18中。
[0056] 加熱管10的兩端設置有實驗段法蘭1，實驗段法蘭1包括榫槽連接的第一法蘭和 第二法蘭，第一法蘭和第二法蘭的榫槽連接處設置有法蘭絕緣墊片6.。第一法蘭和第二法 蘭通過螺栓2和螺母3緊固，螺母3與法蘭之間還設置有金屬墊片5,金屬墊片5與螺母3 之間還設置有螺母絕緣墊片4。第一法蘭與加熱管10的端部連接，第二法蘭與直角彎頭12 連接。
[0057] 第一法蘭與固定式導向塊13連接，固定式導向塊13橫向設置并位于支撐板19上 的固定式導向槽14中，固定式導向塊13通過螺栓固定在固定式導向槽14中。
[0058] 本實驗裝置在工作時，光學探針7通過線纜與光電轉換裝置9連接，從而將信號輸 入計算機進行采集。
[0059] 如上所述，便可較好的實現本發明。
【權利要求】
1. 高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，其特征在于： 包括加熱管（10)，加熱管（10)垂直布置，加熱管（10)包括一出口和一進口，加熱管 (10)上開設有探針孔； 還包括通過探針孔插入加熱管（10)內的光學探針（7); 加熱管（10)固定在六自由度平臺（21)上。
2. 根據權利要求1所述的高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，其特征在于： 所述加熱管（10)上開設有兩個測壓孔，其中一個測壓孔位于所述探針孔上方，另一個 測壓孔位于探針孔下方； 還包括設置于測壓孔中的測壓組件（15)。
3. 根據權利要求2所述的高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，其特征在于： 所述探針孔和所述測壓孔的軸線與所述加熱管（10)的軸線垂直且相交。
4. 根據權利要求1所述的高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，其特征在于： 還包括三個與所述加熱管（10)連接的導電銅排（16)，其中一個導電銅排（16)位于所 述探針孔的上方，另外兩個導電銅排（16)位于所述探針孔的下方。
5. 根據權利要求1所述的高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，其特征在于： 還包括第三法蘭（22)和第四法蘭（23); 第三法蘭（22)與所述探針孔連接，所述光學探針（7)貫穿第三法蘭（22)和第四法蘭 (23)的內孔并通過所述探針孔插入所述加熱管（10)內； 第三法蘭（22 )和第四法蘭（23 )榫槽連接并通過螺栓緊固。
6. 根據權利要求5所述的高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，其特征在于： 所述第三法蘭（22)的內孔中設置有包圍所述光學探針（7)外表面的絕緣石英管（24); 所述第三法蘭（22 )和所述第四法蘭（23 )的榫槽連接處設置有法蘭絕緣片（25 )。
7. 根據權利要求5所述的高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，其特征在于： 所述第四法蘭（23 )的內孔中設置有0型密封圈（26 )。
8. 根據權利要求5所述的高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，其特征在于： 還包括與所述光學探針（7 )連接的步進驅動裝置（8 )。
9. 根據權利要求1所述的高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，其特征在于： 還包括設置于所述加熱管（10)的進口和出口處的測溫組件（11)。
10. 根據權利要求Γ9中任意一項所述的高壓汽液兩相相分布特性實驗裝置，其特征 在于： 還包括支撐板（19 )，支撐板（19 )固定在所述六自由度平臺（21)上； 所述加熱管（10)的上端固定在支撐板（19)上； 所述加熱管（10)的下端連接有滑動導向塊（17)，支撐板（19)上固定有滑動導向槽 (18)，滑動導向塊（17)設置于滑動導向槽（18)中。
【文檔編號】G09B23/12GK104217632SQ201410450635
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】鮑偉, 徐建軍, 謝添舟, 陳炳德, 黃彥平 申請人:中國核動力研究設計院