[发明专利]一种拉法尔喷管湿蒸汽凝结强化实验装置

说明书

一种拉法尔喷管湿蒸汽强化凝结的实验装置主要包括实验介质供应系统、拉法尔喷管系统以及纹影测试系统。通过射线源向拉法尔喷管内释放射线作为凝结核心强化凝结效果；通过纹影显示直观观察拉法尔流场内湿蒸汽凝结效果；通过控温器消除拉法尔喷管与周围环境换热对内部湿气蒸汽凝结的影响。本发明拉法尔喷管的入口湿气流量、压力、湿度，以及射线源强度和射线释放位置均可灵活调节，从而为研究湿蒸汽凝结规律，优化工作参数提供了科学依据。

技术领域

本发明公开一种拉法尔喷管湿蒸汽凝结强化实验装置，涉及湿蒸汽凝结相变领域。

背景技术

高压天然气通过拉法尔喷管时会发生显著温降，饱和蒸汽发生冷凝，从而从气相中分离出来。利用拉法尔制冷效应可实现天然气净化脱水，甚至液化。拉法尔喷管结构可以直接影响到凝结效率的高低，进而影响天然气净化以及液化的效果。对拉法尔喷管内部流场进行准确测量是结构优化的关键，传统的拉法尔喷管流场测试需要通过打孔插入探针，这种介入式测量方法会对流场造成干扰，从而影响参数测量的准确性。此外，传统的拉法尔内蒸汽凝结主要由均匀成核控制，需要在较大的过饱和下发生，凝结效率低。

本发明专利公开了一种拉法尔喷管湿蒸汽凝结强化实验装置，它在传统喷管制冷的效果上，采用外加射线方法，使射线粒子作为凝结核心促进湿蒸汽的冷凝，加强喷管的凝结效果。同时采用了纹影的方法，在不影响喷管流场的情况下进行凝结现象的观察。该发明可以简单高效地加强拉法尔喷管的凝结效率并对现象进行观察。

发明内容

本发明的目的在于提出一种拉法尔喷管湿蒸汽凝结强化实验装置，通过外加射线的方法促进喷管内的湿蒸汽进行冷凝，增强凝结的效果，同时采用纹影方法直观观察拉法尔喷管内部凝结现象，能实现非介入测量。

本发明公开的一种拉法尔喷管湿蒸汽强化凝结的实验装置主要包括实验介质供应系统、拉法尔喷管系统以及纹影测试系统。

所述的介质供应系统主要包括压缩机，气体缓冲罐，过滤器，高压加湿罐，高压微雾加湿器；压缩机、气体缓冲罐、过滤器通过管道依次相连，过滤器通过管道与高压加湿罐相连，过滤器与高压加湿罐之间的管道上设有气体流量计和气量调节阀；高压微雾湿气发生器与高压加湿罐通过管道相连，高压微雾湿气发生器与高压加湿罐之间的连接管道上设有湿蒸汽调节阀，高压加湿罐通过管道与拉法尔喷管入口相连，高压加湿罐通过管道与拉法尔喷管入口之间连接管道上设有温湿度传感器以及压力传感器；拉法尔喷管的出口管上设有压力调节阀，温湿度传感器，压力传感器以及背压调节阀；

所述的拉法尔喷管系统主要包括：拉法尔喷管，射线源，导轨，控温器；所述的拉法尔喷管主要由拉法尔槽道板，前盖板，后盖板，槽道板为2块，其结构上下对称，前盖板和后盖板分别安装在两槽道板两侧，从而两槽道板之间形成流体通过的拉法尔型槽道；槽道板为金属材料，前盖板、后盖板均采用透明石英玻璃制成。所述的导轨与拉法尔喷管轴线平行，导轨起终点分别位于拉法尔喷管的进、出口处，射线源安装在导轨上，能够沿导轨前后移动，射线源所采用的射线物质可为镅或铯；控温器通过导线与拉法尔槽道板相连。

所述的纹影测试系统主要包括点光源，前凸透镜，后凸透镜，刀片，高速摄像机，光学平台以及位置控制组件。其中点光源，前凸透镜，后凸透镜，刀片，高速摄像机依次放置且在同一光轴上，其中前凸透镜和后凸透镜分别位于拉法尔喷管前后两侧。

点光源设置在光学平台上的一端，前凸透镜距离点光源一倍焦距。点光源发出的光线经过前凸透镜后变为平行光线，平行光线透射拉法尔喷管槽道流场后，通过后凸透镜将平行光线聚焦，刀片与后凸透镜之间的距离为后凸透镜的一倍焦距；刀片之后设有高速摄像机。点光源，前凸透镜，后凸透镜，刀片，摄像机均安装在位置控制组件上，位置控制组件底部安装在光学平台的基座上，并且可以根据需要进行竖向高度和水平位置的调节。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

(1)通过外加射线源的方法，为喷管内的湿蒸汽提供了凝结核心，方便快捷地增强了拉法尔喷管的凝结效果；