[发明专利]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

权利要求书

1.一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，包括蒸汽供应系统、管内空气供应系统、氦气供应系统、水冷子系统、空冷子系统、汽水分离系统和数据采集系统，其特征在于：水冷子系统包括套管换热器和冷却水系统；空冷子系统包括换热管、空气风道和冷却空气系统，空冷子系统内水平换热管置于空气风道内组成空冷实验体，空气风道底端与冷却空气系统相连，换热管入口与蒸汽供应系统、管内空气供应系统和氦气供应系统相连，从而实现多元气体混合的管内冷凝换热实验需求；换热管出口经过可视化观察段与汽水分离系统相连，蒸汽在换热管内被管外侧空气冷却发生凝结后，汽水混合物进入汽水分离系统，分离出的气体从汽水分离器顶部管道排放到大气中，凝液从底部管道进入凝液罐后经排水阀排出；水冷子系统内实验体为由换热管与外套管同轴布置而成的套管换热器，换热器环腔空间与冷却水系统相连，换热管入口通过高压软管与蒸汽供应系统、空气供应系统和氦气供应系统相连，换热管出口通过可视化观察段和高压软管与汽水分离系统相连，与空冷子系统相同，发生凝结后的汽水混合物进入汽水分离系统进行气体与凝液的分离后排出；两套系统间通过四通管道以及阀门组与蒸汽供应系统、空气供应系统和氦气供应系统相互连接，通过一定的操作可以实现两套系统的独立工作和耦合工作。

2.根据权利要求1所述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，其特征在于：所述蒸汽供应系统包括锅炉，由锅炉产生的饱和蒸汽经过蒸汽输送管道与换热管入口主管道相连，蒸汽输送管道采用多组不同直径管道并联的方式，在每组管道上设置蒸汽流量计，多组不同量程的流量计能满足在宽泛的蒸汽流量范围内进行实验的需求；在流量计前后稳定长度外设置截止阀与温度、压力测点。

3.根据权利要求1所述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，其特征在于：所述管内空气供应系统包括空气压缩机和储气罐；空气压缩机产生一定压力的压缩空气注入储气罐内，压缩空气经过储气罐出口管道上的减压阀与换热管入口主管道相连；空气输送管道采用多组不同直径管道并联的方式，在每组管道上设置管内空气质量流量计，流量计后设置流量调节阀。

4.根据权利要求1所述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，其特征在于：所述氦气供应系统由高压储气瓶、汇流排和减压阀组成；若干高压氦气瓶通过金属软管及阀门并联接入汇流排主气管道后，经过减压阀和氦气输送管道与换热管入口相连；氦气输送管道上设置管内氦气流量计，流量计后设置流量调节阀。

5.根据权利要求1所述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，其特征在于：所述空冷子系统的冷却空气系统包括罗茨鼓风机、空气流量计以及相应管道与阀门；由罗茨鼓风机提供的空气通过空气输送管道与实验体的空气风道相连接，在风道中横掠换热管吸收热量，最后排放至大气环境中。

6.根据权利要求1所述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，其特征在于：所述空冷子系统的空气风道入口处设置存在一定间隔的双层孔板；由冷却空气系统提供的空气经过双层孔板均流后进入空气风道之中，确保空气风道内截面风速均匀。

7.根据权利要求1所述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，其特征在于：所述空冷子系统内的空气风道的内壁上设置一定数目的槽道，安装对应数目的水平贴管。

8.根据权利要求1所述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，其特征在于：所述空冷子系统内换热管上部的空气风道由若干等间距布置的隔板分成若干独立空间，隔板由导热能力较低的材料制成；每个隔板内分别设置温度测点测量空气温度。

9.根据权利要求1所述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，其特征在于：所述水冷子系统的冷却水系统由冷却水池、离心泵、冷却水流量计和相应的管道与阀门组成；冷却水经由离心泵从水池中抽出，经过冷却水流量调节阀和流量计进入实验段环腔中，与换热管内蒸汽形成逆向流动；吸收热量后重新回到冷却水箱之中。

10.根据权利要求1所述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，其特征在于：所述水冷子系统的实验段安装在可调角度的支撑平台之上；通过改变支撑平台的水平角度，实现不同倾斜条件下的冷凝换热实验。