一种管束间狭窄空间内高温高压汽液两相流动可视化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种管束间狭窄空间内高温高压汽液两相流动可视化系统，电加热管束与承压筒体内部圆形腔组成管束间狭窄流道，承压筒体的筒壁上开有视窗分为四组呈十字形，视窗紧固架通过螺栓安装在视窗外，耐高温承压有机玻璃固定在视窗紧固架内将视窗窗口完全覆盖，2台高速摄像机分别正对0度和90度位置的视窗窗口，0度和90度位置的视窗窗口两侧内壁上均匀涂有耐高温漫反射涂层，2块等腰直角三角形棱镜的直角镜面的一面分别正对180度和270度位置的视窗窗口、另一面直角镜面外设有太阳光源，正对视窗的直角镜面与视窗之间设有硫酸纸。本发明专利技术的有益效果是可以观测到高压管束间沸腾传热汽液两相流动情况。

【技术实现步骤摘要】
一种管束间狭窄空间内高温高压汽液两相流动可视化系统
本专利技术属于可视化系统
，涉及一种管束间狭窄空间内高温高压汽液两相流动可视化系统。
技术介绍
多相流现象在自然界和现代工业生产过程中广泛存在，而且与人类的生活和生产活动息息相关。汽液两相流动现象常见于化学工业和动力工程的换热设备以及油气集输管路中，不同环境下两相流具有不同的流动形态，即流型。两相流流型极大地影响着汽液两相流的流动特性和传热传质特性，同时对流动参数的准确测量以及两相流系统的运行特性也有很大影响。在汽液两相流研究工作的早期，由于缺乏此方面的知识，曾经发生过不少工业事故。因此对于气液两相流流型识别的研究应该给予高度重视，此方面研究不仅具有重要的学术意义和实用价值，也为相关工业生产设备经济、安全的设计和运行提供了强有力的技术支持。正因为如此，汽液两相流流型识别的研究一直是两相流研究领域的一个重要课题。目前，国内外学者对两相流流型进行了广泛的研究，由于流型的划分受到识别技术的限制，所以只能对特定条件下的两相流流型进行定性分析。已有的研究主要针对低压绝热工况的管内流动，通过获取二维流动图像，利用图像处理技术进行流型判别，很少涉及高压管束间沸腾传热汽液两相流动，且无法准确处理二维图像中的汽泡黏连或重叠现象，很难对汽泡进行准确的动力学分析。鉴于管束间沸腾传热汽液两相流流型判别对工业用蒸汽发生器、沸腾管、锅炉、核反应堆等大型换热设备安全经济运行的重要意义，专利技术一种管束间狭窄空间内高温高压汽液两相流动可视化系统及其实施方法。本专利技术基于光学成像原理，以色调、光强、对比度及亮度等成像诸元素为出发点，建立管束间沸腾传热汽液两相流可视化实验系统。通过高速摄像机获取管束间垂直上升汽液两相流三维流型图像，以高清晰、多视角的方式捕捉汽液两相流中汽泡的运动行为，从而立体式地展现汽液两相流流型的变化特征。本专利技术旨在提高流型成像质量，并以三维立体式方法实现对重合及黏连汽泡的准确区分，为两相流流型的精确划分奠定基础。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种管束间狭窄空间内高温高压汽液两相流动可视化系统，解决了现有的可视化系统主要针对低压绝热工况的管内流动，通过获取二维流动图像，利用图像处理技术进行流型判别，很少涉及高压管束间沸腾传热汽液两相流动的问题。本专利技术所采用的技术方案是包括电加热管束，电加热管束与承压筒体内部圆形腔组成管束间狭窄流道，承压筒体的筒壁上开有视窗，视窗数量为8个、每两个在承压筒体的轴向上并列为一组，每组分别与承压筒体中心的夹角为O度、90度、180度和270度，视窗紧固架通过螺栓安装在视窗外，耐高温承压有机玻璃固定在视窗紧固架内将视窗窗口完全覆盖，2台高速摄像机分别正对O度和90度位置的视窗窗口，O度和90度位置的视窗窗口两侧内壁上均匀涂有耐高温漫反射涂层，2块等腰直角三角形棱镜的直角镜面的一面分别正对180度和270度位置的视窗窗口、另一面直角镜面外设有太阳光源，正对视窗的直角镜面与视窗之间设有硫酸纸，硫酸纸固定在视窗紧固架表面，太阳光源发出的光经过等腰直角三角形棱镜转换为直射光、并依次通过硫酸纸和耐高温承压有机玻璃进入承压筒体内部。进一步，所述电加热管束为4根，置于承压筒体内中心；所述耐高温承压有机玻璃与所述视窗紧固架、所述承压筒体的接触面上设有硅胶密封层，耐高温承压有机玻璃通过螺栓及视窗紧固架安装在承压筒体的窗口上。进一步，所述承压筒体两端设有筒体过渡段，筒体过渡段通过连接法兰和置于连接法兰上的螺栓连接外部设备。进一步,所述承压筒体长1500mm,断面外部方形边长为200mm,内部圆形半径为60mm,最小壁厚为40mm。进一步，所述并列的一组视窗之间间距为368mm，视窗的窗口呈长椭圆形，宽为100mm,长为 398mm。进一步,所述电加热管束的管外径为30mm,管中心间距范围为30-60mm,管长为1200mm。本专利技术的有益效果是可以观测到高压管束间沸腾传热汽液两相流动情况。【附图说明】图1是本专利技术可视化系统的横截面示意图；图2是本专利技术承压筒体的侧面示意图。图中，1.电加热管束，2.承压筒体，3.视窗，4.视窗紧固架，5.耐高温承压有机玻璃，6.高速摄像机，7.耐高温漫反射涂层，8.等腰直角三角形棱镜，9.太阳光源，10.硫酸纸，11.硅胶密封层，12.筒体过渡段，13.连接法兰。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术进行详细说明。本专利技术目的在于建立管束间狭窄通道内高温高压沸腾传热汽液两相流流型可视化实验系统，以高清晰、多视角的方式展现汽液两相流流型的变化特征。如图1所示，包括电加热管束1，电加热管束I与承压筒体2内部圆形腔组成管束间狭窄流道，承压筒体2的筒壁上开有视窗3，视窗3数量为8个、每两个在承压筒体2的轴向上并列为一组，四组成十字分布，每组分别与承压筒体2中心的夹角为O度、90度、180度和270度，视窗紧固架4通过螺栓安装在视窗3外，耐高温承压有机玻璃5固定在视窗紧固架4内将视窗3窗口完全覆盖，2台高速摄像机6分别正对O度和90度位置的视窗3窗口，O度和90度位置的视窗3窗口两侧内壁上均匀涂有耐高温漫反射涂层7，2块等腰直角三角形棱镜8的直角镜面的一面分别正对180度和270度位置的视窗3窗口、另一面直角镜面外设有太阳光源9，正对视窗3的直角镜面与视窗3之间设有硫酸纸10，硫酸纸10固定在视窗紧固架4表面，太阳光源9发出的光经过等腰直角三角形棱镜8转换为直射光、并依次通过硫酸纸10和耐高温承压有机玻璃5进入承压筒体2内部，硫酸纸10起到滤光作用以均匀光强，透过耐高温承压有机玻璃5照亮承压筒体2的内部空间，耐高温漫反射涂层7汇聚工质折射光并提高汽泡成像光强，高速摄像机6拍摄管束间狭窄流道的汽液两相流动图像。电加热管束I为4根，置于承压筒体2内中心，耐高温承压有机玻璃5与视窗紧固架4、承压筒体2的接触面上设有硅胶密封层11。如图2所示为整个可视化系统承压筒体2的侧面结构，承压筒体2两端设有筒体过渡段12，筒体过渡段12通过连接法兰13和置于连接法兰13上的螺栓连接外部设备，承压筒体2通过圆形筒体过渡区12及连接法兰13与实验系统其它部件相连，承压筒体2长1500mm,断面外部方形边长为200mm,内部圆形半径为60mm,最小筒体壁厚为40mm以确保强度安全。8个视窗3对称分布于承压筒体2四个侧面，每个侧面分布两个窗口，窗口间距为368mm,每个窗口呈长椭圆形，宽为100mm,长为398mm。八块耐高温承压有机玻璃5通过螺栓及视窗紧固架4安装在承压筒体2的窗口上，耐高温承压有机玻璃5与承压筒体2及视窗紧固架4接触部位采用硅胶密封。4根电加热管束I成正方形分布于圆形筒体中心，与圆形筒体共同构成管束间狭窄的通道，管外径为30mm,管中心间距范围为30-60mm,管长为1200_。电加热管束I通过加热流动工质，使之产生汽化，从而实现两相流动。工质的工作压力为4MPa，饱和温度约为250°C。其中，2台高速摄像机6分别布置在O度。和90度。位置视窗3处，2台太阳光源9及等腰直角三角形棱镜8布置在180度和270度位置的视窗3窗口处。采用两个采光视窗、两个拍摄视窗及四根传热管束对管束间汽液两相流动特征进行三维立本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管束间狭窄空间内高温高压汽液两相流动可视化系统，其特征在于：包括电加热管束(1)，电加热管束(1)与承压筒体(2)内部圆形腔组成管束间狭窄流道，承压筒体(2)的筒壁上开有视窗(3)，视窗(3)数量为8个、每两个在承压筒体(2)的轴向上并列为一组，每组分别与承压筒体(2)中心的夹角为0度、90度、180度和270度，视窗紧固架(4)通过螺栓安装在视窗(3)外，耐高温承压有机玻璃(5)固定在视窗紧固架(4)内将视窗(3)窗口完全覆盖，2台高速摄像机(6)分别正对0度和90度位置的视窗(3)窗口，0度和90度位置的视窗(3)窗口两侧内壁上均匀涂有耐高温漫反射涂层(7)，2块等腰直角三角形棱镜(8)的直角镜面的一面分别正对180度和270度位置的视窗(3)窗口、另一面直角镜面外设有太阳光源(9)，正对视窗(3)的直角镜面与视窗(3)之间设有硫酸纸(10)，硫酸纸(10)固定在视窗紧固架(4)表面，太阳光源(9)发出的光经过等腰直角三角形棱镜(8)转换为直射光、并依次通过硫酸纸(10)和耐高温承压有机玻璃(5)进入承压筒体(2)内部。

【技术特征摘要】
1.一种管束间狭窄空间内高温高压汽液两相流动可视化系统，其特征在于:包括电加热管束(1)，电加热管束(I)与承压筒体(2)内部圆形腔组成管束间狭窄流道，承压筒体(2)的筒壁上开有视窗(3)，视窗(3)数量为8个、每两个在承压筒体(2)的轴向上并列为一组，每组分别与承压筒体(2)中心的夹角为O度、90度、180度和270度，视窗紧固架(4)通过螺栓安装在视窗(3)外，耐高温承压有机玻璃(5)固定在视窗紧固架(4)内将视窗(3)窗口完全覆盖，2台高速摄像机(6)分别正对O度和90度位置的视窗(3)窗口，O度和90度位置的视窗(3)窗口两侧内壁上均匀涂有耐高温漫反射涂层(7)，2块等腰直角三角形棱镜(8)的直角镜面的一面分别正对180度和270度位置的视窗(3)窗口、另一面直角镜面外设有太阳光源(9)，正对视窗(3)的直角镜面与视窗(3)之间设有硫酸纸(10)，硫酸纸(10)固定在视窗紧固架(4)表面，太阳光源(9)发出的光经过等腰直角三角形棱镜(8)转换为直射光、并依次通过硫酸纸(10)和耐高温承压有机玻璃(5)进入承压筒体(2)内部。2.按照权利要求1所述一种管束间狭窄空间内高温高压汽液两相流动可视化系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宝芝，郑陆松，史建新，刘尚华，韩文静，李彦军，宋福元，杨龙滨，张国磊，李晓明，张鹏，韩怀志，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23