[发明专利]一种用于自吸式文丘里水洗器内液相分布特性测量的装置

说明书

本发明可应用于核能、环保和化工等领域的过滤系统性能测试，具体涉及一种自吸式文丘里水洗器内液相分布测量装置。该装置由文丘里水洗器、液膜收集部分、液膜分离部分、恒液位供水系统和采集测量系统组成。集水槽和挡水罩采用互嵌式设计，设置多级挡板，保证了液膜流量测量的准确性。分离套筒的筒尖采用尖峰设计，并采用精密升降台和四点螺栓定位的相互配合，实现了液膜和液滴的有效分离。四点式精密螺柱定位确保文丘里水洗器、分离套筒、挡水罩多级同心，避免了分离套筒偏心对液膜分离和测量的影响。恒液位水箱实现了实验过程中液体静压头的恒定。

技术领域

本发明可应用于核能、环保以及化工等领域的过滤系统性能测试，具体涉及一种应用于安全壳过滤排放系统的自吸式文丘里水洗器内液相分布测量装置。

背景技术

自吸式文丘里水洗器是一种设置在反应堆安全壳的过滤排放装置，当核电厂发生严重事故时用于对放射性气载源项进行有效过滤，防止污染环境。气体流经文丘里水洗器时，在水洗器的收缩段内不断加速并在喉管段内形成低压区，溶液在负压和重力水头的作用下被引射到文丘里水洗器内，由于气-液间存在明显的相对速度，溶液被雾化成大量细小的液滴，为除尘和除气过程提供充足的表面积。然而，在被引射进入文丘里水洗器后，并非所有的水被雾化以液滴的形态存在，有一部分水将以贴壁液膜的形式向上流动，大大影响气液间的接触面积。因此，自吸式文丘里水洗器的过滤效率主要受三个因素影响，分别是引射量、液膜流量和液滴尺寸。引射量直接决定了进入文丘里水洗器中液相水的多少，是影响过滤效率的重要因素；液膜相对表面积较小，其除尘效率很低，其占引射量的份额不可忽略；液滴尺寸也是影响过滤效率的重要因素，它决定了液滴的相对表面积和数量。因此，为顺利开展相关实验研究，来评价不同结构的自吸式文丘里水洗器的过滤效率，为设计自吸式文丘里水洗器的提供理论基础，需要一种自吸式文丘里水洗器液相分布测量装置，来对引射量、液膜流量和液滴尺寸分布进行测量。

目前工业上成熟应用的文丘里水洗器采用外部动力强迫喷射式设计，即水洗液通过外部循环泵打入文丘里水洗器喉部，其水流量大，引射量可通过供水管路上的流量计直接测得。但这种强迫式文丘里水洗器能耗大、运行成本高，对厂外电网依赖性大。近年来核电厂非能动安全系统受到广泛关注，这要求文丘里水洗器不能用泵作为动力，而是靠气体在文丘里水洗器内流动产生的负压作为驱动力，这种自吸式文丘里水洗器水量较小，目前已有的流量计由于量程和误差的原因很难测到它的流量，即使有些精密的流量计能够测量小流量，其通径往往很小，加装流量计会产生阻力，从而影响了依靠气流负压产生的微小驱动力，进而改变了吸液特性。目前很少有研究人员对液膜流量测量展开实验研究，尤其是有关自吸式文丘里水洗器的研究更少。已有展开的研究多是通过数值模拟和数学模型的手段得到液膜流量，其计算结果由于采用的计算模型和计算方法不同而有很大差异，很难为人们广泛信服。也有研究人员尝试用实验手段对文丘里水洗器内液膜与液滴进行分离，在V.G.Guerra所著“Experimental verification of the effect of liquid depositionon droplet size measured in a rectangular Venturi scrubber”和M.A.M.Costa所著“Droplet size in a rectangular Venturi scrubber”中提到一种分离液膜的装置，此装置在文丘里水洗器喉部末端预留一定宽度的狭缝，狭缝上方加装具有一定角度的铁片，液膜向上流动过程中受到铁片的导向作用而改变流动方向，经狭缝流出并进一步得到收集。这种方法使用的铁片其长度和角度固定不可调节，只能对一定厚度的液膜进行流量测量，当液膜由于工况改变而厚度发生变化时，该方法不能对新工况下的液膜流量进行测量。此外，导向铁片和狭缝的设计改变了喉部截面积，空气必然会从狭缝流出，从而改变了文丘里水洗器内的流动特性，影响了真实的液相分布特性的获取。另外该文献中提到的液膜收集装置设置在喉部末端，只能收集在喉部生成的液膜，无法对扩张段生成的液膜进行收集，其实验结果不能代表整体的液膜流量。在文献“Examination of gas-liquid flow in aVenturi scrubber”中S.Viswanathan提到一种多级分离液膜的实验装置，能够在喉部末端和扩张段均对液膜进行收集，此项研究只在论文中公开了部分成果，如何收集液膜及其设计和操作并不为人们所了解，因此，不能用此方法进行液膜流量测量。国内外有不少对液滴尺寸进行测量的研究，液滴尺寸决定了其相对表面积和数量，是影响雾化效率的一个不可忽视的因素。液滴尺寸的测量方法有取样法、拍摄法和激光衍射法等，各种方法各有优劣，其中激光衍射法近年来为人们所广泛运用。如M.A.M.Costa所著“Droplet Size in aRectangular Venturi Scrubber”和V.G.Guerra所著“Influence of Droplet SizeDistribution on Liquid Dispersion in a Venturi Scrubber:ExperimentalMeasurements and CFD Simulation”中采用激光衍射法对文丘里内部的液滴尺寸分布进行了测量。这种方法将激光打到液滴群中，在另一面通过收集面板接收衍射光谱，用计算机对衍射图像进行分析可以得到液滴的尺寸分布和运动速度等信息。