[发明专利]一种用于螺旋管换热器特性研究的实验系统

说明书

本发明提供了一种螺旋管换热器特性研究的实验系统，包括高温高压回路及冷却回路；冷却回路包括依次连通设置的冷却水泵、冷却水箱和冷却塔；高温高压回路包括去离子水箱、柱塞泵、回热器、预热组件、实验段、直流加热铜排组件、混合器、换热器；去离子水箱、柱塞泵、回热器、预热组件及实验段依次连通设置；直流加热铜排组件分别设置在实验段的两端；实验段远离预热组件的一端连通设置在回热器上；混合器的两端分别连通设置在回热器和换热器上；冷却水泵和冷却塔均连通设置在换热器上。本发明采用该集成化的实验系统，降低了实验成本，扩大了实验工况所能达到的范围，具有实验数据精度高、安全性好、操作方便等优点。

技术领域

本发明涉及实验装置技术领域，具体地，涉及一种用于螺旋管换热器特性研究的实验系统。

背景技术

随着全球的能源和环保问题逐渐突出，全世界对清洁能源的需求不断增加。小型模块化反应堆(Small modular reactors,SMRs)，又称先进小型模块化反应堆，具有固有安全性、初期投资少、选址灵活、装机量选择性高等特点。

螺旋管式直流蒸汽发生器(Helical-Coiled Once Through Steam Generator,H-OTSG)以换热效率高、结构紧凑、安全性高的特点而适用于小型模块化反应堆。然而，若螺旋管蒸汽发生器中的并联管设计不当，则容易发生动态流动不稳定性，这种流动不稳定性会引起系统控制问题甚至导致螺旋管烧毁。

各研究机构和高校针对这一现象也尝试对其理论分析和试验，通常采用单管受热的实验段并联上一根不受热的旁路管构成试验系统来模拟并联管的运行特性，但这种试验系统所得的实验结果往往与实际的并联受热管情况有所差异，目前还鲜有用螺旋管作为实验段进行并联通道流动不稳定性的试验。

因此，通过试验获得准确的并联螺旋管流动稳定边界是设计新堆型中螺旋管蒸汽发生器的关键。

在螺旋管换热器的管侧，流体将经历单相流动、过冷沸腾流动、饱和沸腾流动、干涸后流动到过热蒸汽流动。由于离心力的作用，螺旋管中会产生明显的二次流现象。二次流的存在显著增强了换热器的传热性能，二次流的强度会受到管道直径、螺旋直径、螺距、压力和质量流量等几何参数和系统参数的影响。自20世纪以来，许多学者进行了螺旋管流动传热和阻力特性的研究，并开发了大量经验关系式来预测螺旋管管侧的传热系数和摩擦因子。

然而，目前针对螺旋管换热器管侧流动传热行为和阻力特性的研究，仍具有工况参数覆盖范围不足的问题，无法对低流量和高压力工况进行完整覆盖。因此，有必要采用先进的实验系统对难以达到的工况条件进行补充研究。

公开号为CN103471810A的专利公开了一种甩负荷扰动下管束间两相流不稳定性与交变热应力研究试验装置，预热器和汽水分离器分别安装在实验段的两端，储水箱通过管路分别与冷凝器和预热器相连，预热器通过高压泵与实验段相连，实验段出口安装自力式压力流量组合阀。实验段上安装有双头电导探针、压力传感器、孔板流量计、应力应变片以及铠装热电偶。本发明采用一次侧高温、高压流体加热二次侧流体的方法，实验段U型管束采用正方形布置，能更好的反映实际蒸汽发生器汽液两相流的特点，通过对同一位置温度和应力的测量，研究传热管在外力、温度共同作用下，应力应变的变化规律，揭示甩负荷引起的特定扰动下蒸汽发生器传热管破损机制。上述发明所得的实验结果精准度不佳。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种螺旋管换热器特性研究的实验系统。

根据本发明提供的一种螺旋管换热器特性研究的实验系统，包括高温高压回路及冷却回路；

所述冷却回路包括依次连通设置的冷却水泵、冷却水箱和冷却塔；

所述高温高压回路包括去离子水箱、柱塞泵、回热器、预热组件、带有螺旋管的实验段、直流加热铜排组件、混合器、换热器；

所述去离子水箱、所述柱塞泵、所述回热器、所述预热组件及所述实验段依次连通设置；