[发明专利]一种面向对象的含不凝气蒸汽冷凝可视化实验装置

说明书

本发明公开了一种面向对象的含不凝气蒸汽冷凝可视化实验装置，主要包括蒸汽供应系统、空气供应系统、其他气体供应系统、冷却水系统、可视化实验体和数据采集系统。蒸汽及不凝气成分由蒸汽供应系统、空气供应系统和其他气体供应系统产生。主供气管线连接实验腔体，管线上设电动阀，电动阀根据实验腔体内的压力负反馈调节自身开度以控制蒸汽流量。冷却水在水泵的作用下经流量计进入实验管段内，在实验管段内换热后由回水管返回恒温水浴内。实验之前由真空系统实现实验腔体内的高真空环境。本装置可以对不同蒸汽压力、不同过冷度、不同不凝性气体成分与含量、不同表面结构特性下的冷凝现象进行连续测量分析与可视化观测。

技术领域

本发明涉及一种面向对象的含不凝气蒸汽冷凝可视化实验装置，属于冷凝换热实验领域。

背景技术

水蒸气的冷凝是一种自然界常见的相变现象。水蒸气冷凝是一种基本的传热形式，能够实现小温差下的高效换热。水蒸气的冷凝也是能量转化、环境调控、海水淡化以及热管理系统的重要环节。但是，一般工业设备中的水蒸气冷凝必然伴随着少量的不凝气存在，非常不利于换热的进行。提升含不凝气蒸汽冷凝过程的传热传质效果，可以在相当程度上节约自然资源、经济资源和社会资源。比如，强化凝汽器内的乏汽冷凝可以提高发电厂热效率，节约煤耗；强化空调蒸发器盘管表面的水蒸气的凝结与移除可以增强制冷效果，减少凝结液的积聚，避免病原体的繁殖；在核反应堆安全防护中，如出现大量高温高压蒸汽积聚在安全壳内，无法快速有效地凝结高温高压蒸汽，将导致严重事故。因此，对含不凝气的水蒸气冷凝过程的强化进行研究具有重要意义。

实验研究是研究蒸汽冷凝换热过程的重要手段，而且蒸汽冷凝换热的实际效果必须要得到实验的验证。目前发表的文献及以公开的专利中所提及的实验装置，还没有将含不凝性气体的蒸汽冷凝与可视化功能完美结合的实验装置。在已发表的文献中，如《天舟一号空间冷凝实验装置地基冷凝实验》一文中的实验装置只能进行纯蒸汽在冷凝台表面的冷凝，且冷凝台整体置于液池内，会使得非冷凝表面对冷凝表面造成影响；《滴状冷凝强化含不凝气的蒸气冷凝传热机制》一文中介绍的实验装置采用将过量的蒸汽进行二次冷凝后排空的方法控制实验腔体内的压力，系统复杂且不适合低压冷凝的情况；“Jumping-droplet-enhanced condensation on scalable superhydrophobic nanostructured surfaces”一文中使用的冷凝实验装置不具备表面加热恢复功能，只能进行纯蒸汽的管外冷凝，同时对实验腔体内蒸汽压力的控制不够准确。在已公开的专利中，专利申请号为201420533725.2的专利文件中公开的“多功能传热实训装置”属于实训用化工设备，主要针对不同形式换热器进行实训操作，不适合进行冷凝实验研究；专利申请号为200820155479.6的专利文件中公开的“单管管内蒸发和冷凝一体化实验装置”只能进行单管管内冷凝实验，无法对液滴整个生命周期进行可视化分析，且无法进行不凝气存在时的冷凝实验；专利申请号为201710168093.2的专利文件中公开的“一种宽过冷度含多元气体的水平管内蒸汽冷凝换热实验系统”虽然可以进行多组分气体管内冷凝实验，但也只针对单管；专利申请号为201210540382.8的专利文件中公开的“含有多组分不凝性气体的蒸汽冷凝换热实验装置”和专利申请号为201310084890.4的专利文件中公开的“可实现自然循环与强迫循环耦合的冷凝换热实验装置”由于实验装置结构的限制，只能针对常压及以上压力的竖管管外冷凝过程进行实验，且实验腔体壁面缺少加热装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种利用循环冷却水实现实验管段恒温，研究纯蒸汽或含有不凝性气体的蒸汽在不同结构、尺寸的水平单管或管束管外冷机理并实现可视化观测的实验装置，利用本装置可以对不同蒸汽压力、不同过冷度、不同不凝性气体成分与含量、不同表面结构特性下的冷凝现象进行连续测量分析与可视化观测，为实现对冷凝现象的更深一步理解提供有效手段。

本发明的目的是这样实现的：