一种气体‑溶液两相流鼓泡吸收过程特性测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于吸收式制冷和化工过程领域，涉及一种气体‑溶液两相流鼓泡吸收过程特性测试装置，包括反应管、振动台、待测样品准备与处理系统，数据采集与控制系统四部分组成，用于测试气体‑溶液两相流在管道或反应器中发生吸收反应时的状态演化特征和热量传递规律。振动台平置于地面，位于反应管系统的正下方；反应管系统与待测样品准备与处理系统之间通过五条管路相连，分别为顶端水路L1、底端水路L2、底端溶液管路L3、顶端溶液管路L4和气体引入管路L5；数据采集与控制系统用于实时采集数据，并发出调控指令。本发明专利技术可以测试两相流吸收状态演化特征、两相流吸收过程热量传递特性，可用于热能工程、制冷及低温工程、工程热物理、化学工程等学科的基础试验研究。

A solution of gas two-phase flow bubble absorption process characteristic test device

The invention belongs to the field of absorption refrigeration and chemical process, and relates to a gas solution two-phase flow bubble absorption process characteristics test device comprises a reaction tube, vibration table, sample preparation and processing system, data acquisition and control system composed of four parts, used to test the gas two-phase flow in pipeline solution or reaction in the absorption reaction when the state evolution characteristics and heat transfer law. The shaking table is flat on the ground, is located below the reaction tube system; reaction tube system and between the test sample preparation and processing system are connected by five lines, respectively at the top and the bottom end of the waterway waterway L1 L2, L3, top end solution pipeline and gas pipeline pipeline L4 solution into L5; data acquisition and control system for real-time data acquisition, and send control commands. The invention can be used to test the evolution characteristics of two phase flow absorption state and the heat transfer characteristics of two phase flow absorption process, and it can be used for basic research of thermal engineering, refrigeration and cryogenic engineering, engineering thermophysics, chemical engineering and other disciplines.

【技术实现步骤摘要】
一种气体-溶液两相流鼓泡吸收过程特性测试装置
本专利技术属于吸收式制冷和化工过程领域，具体涉及一种用于测试气体-溶液两股工作流体在竖直管道(吸收管)或反应器(吸收器)中边流动、边发生吸收反应时，其溶液状态演化特征和热量传递规律的装置。
技术介绍
据公安部交管局统计，截止2016年底，我国的机动车保有量已达2.9亿辆。巨大的机动车保有量是恶化空气污染(特别是灰霾、光化学烟雾)的重要推手，也是导致石油消耗量和进口量急剧增加(对外依存度突破60％)的主要原因。而发展汽车节能低碳技术是该领域实现可持续发展的关键举措。机动车发动机所消耗的燃料有55％～70％(柴油机)或70％～80％(汽油机)被以废热形式排向环境，在正常行驶时尾气温度高于300℃(最高可达700℃)。基于吸收式制冷技术原理对车辆动力系统的排烟余热进行梯级转化利用，既可降低热污染提高能效，又可满足用户多层次的冷量需求。而新一代高效车载吸收式制冷循环系统的核心问题在于发展新型紧凑式鼓泡吸收器，并研发匹配的工作溶液。因而制冷剂-吸收剂工质对在吸收器中的鼓泡吸收过程特性及其热、质传递过程机理是该领域亟需解决的关键性基础科学问题。为此，需要在准静态实验研究基础上，再根据车辆行驶实际，开展多种振动状态下吸收管内制冷剂-吸收剂的吸收过程特性研究，特别是气体-溶液两相流鼓泡吸收过程中的气泡生成、脱离、聚合或破裂、湮灭全过程动态演化规律。并且，需要研究多种初始和边界条件下体系的热、质传递特性与耦合机理，建立各参数间的有效关联。从而为发展新一代车载鼓泡吸收器提供实验数据、图像资料和理论参考。但是当前此领域却缺少能够满足相关试验要求的测试装置。
技术实现思路
针对当前该领域亟需和现有不足，本专利技术提出一种气体-溶液两相流鼓泡吸收过程热、质传递特性测试装置，可实现便捷、高效、可视化地分别测试静置状态下以及振动状态下的气体-溶液两股工作流体在管道(吸收管)或反应器(吸收器)中边流动、边发生吸收反应时，其溶液状态演化特征和热量传递规律。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种气-液两相流鼓泡吸收过程特性测试装置，用于测试气体-溶液两相流在管道或反应器中发生吸收反应时的状态演化特征和热量传递规律，整套装置包括待测样品准备与处理系统1、振动台2、反应管系统3以及数据采集与控制系统。所述的振动台2平置于地面，位于反应管系统3的正下方(直接接触)。所述的振动台2由电机或电磁驱动器、振动执行机构以及外壳组成。所述的电机输入为标准电源(220V/380V)，输出端与振动执行机构连接，电机转速可调范围0～3000rpm。所述的振动执行机构的输出端连接振动台外壳上表面，其作用在于将电机或电磁驱动器的输出能量转化为平台的线性振动。所述的平台线性振动分为水平振动和垂直振动两种模式。所述的平台线性振动的振幅和频率均通过数采控制系统进行设置和调节，振幅可调范围为0.1mm至30mm，频率可调范围为10Hz至100Hz。可通过振动模式、振幅及频率三个参数的有效调节，实现多种振动试验条件的设置。所述的反应管系统3包括圆柱形套管式反应管、上端盖密封法兰、下端盖密封法兰以及定位紧固件。所述的圆柱形套管式反应管通过底部定位紧固件竖直固定在振动台2的上表面；圆柱形套管式反应管包括两种几何尺寸相同的结构：一种为玻璃制套管式，用于测试气体-溶液两相流鼓泡吸收过程中的气泡生成、脱离、聚合或破裂、湮灭全过程动态演化规律；另一种为铜制套管式，用于研究多种初始和边界条件下体系的热量传递规律。反应管系统3与待测样品准备与处理系统1之间通过五条管路相连，包括两条溶液管路、两条水路、一条气体管路，分别为顶端水路(代号L1)、底端水路(代号L2)、底端溶液管路(代号L3)、顶端溶液管路(代号L4)和气体引入管路(代号L5)。所述待测样品准备与处理系统1包括冷却水子系统、溶液子系统以及气体子系统三部分，位于整个装置的左侧，平置于地面，与反应管系统3之间通过五条管路连接。所述的冷却水子系统的出口与反应管系统3之间通过顶端水路L1连接，入口与反应管系统3之间通过底端水路L2连接，冷却水子系统用于保证经顶端水路L1进入反应管的冷却水能够满足试验要求的温度和流速(或流量)。所述的冷却水子系统包括恒温冷水箱17，电加热器9、变频水泵14、开/关阀门15以及一套制冷机组。所述的恒温冷水箱17内的水温可调温度范围-20℃至50℃，升温依靠电加热器9工作实现，降温通过制冷机组工作实现。所述制冷机组为常规小型蒸气压缩式制冷装置，由节流阀5、蒸发盘管6、压缩机7、水冷冷凝器8及相关铜管管路组成；蒸发盘管6位于恒温冷水箱17内部，蒸发盘管6出口端与压缩机7入口相连接，蒸发盘管6入口端与节流阀5出口相连接，压缩机7出口与水冷冷凝器8的冷媒入口端相连接，而水冷冷凝器8的冷媒出口端与节流阀5入口相连接(水冷冷凝器8的循环水入口和出口分别与恒温热水箱12的一级加热热源出口和入口连接)。当所述制冷机组工作时，液态冷媒在蒸发盘管6中相变吸热，实现对恒温冷水箱17内水的冷却；吸热后的冷媒进入压缩机7，被压缩成高温高压的气体，而后排入水冷冷凝器8中释放热量转化为液态，经节流阀5降温，再次进入蒸发盘管6，如此循环制冷。当恒温冷水箱17内的水温低于试验所需温度，电加热器9工作，其功率可调范围0.2kW至4kW，电加热的热流密度通过内置于数据采集与控制系统中的可控硅组件调节。满足试验需求温度的冷却水经顶端水路L1，被水泵14泵入反应管的内、外管套间的流道中，吸收热量后，从反应管系统3底部流出，经底端水路L2流回恒温冷水箱17，如此循环流动。所述的溶液子系统包括溶液循环系统和溶液再生系统两部分。所述的溶液循环系统的出口与反应管系统3之间通过底端溶液管路L3相连接，所述的溶液循环系统的入口与反应管系统3之间通过顶端溶液管路L4相连接。所述的溶液循环系统用于实现待测稀溶液与反应后的浓溶液的存储与循环，并保证待测稀溶液能够以试验要求的温度、压力、浓度、流速(或流量)经底端溶液管路L3进入反应管系统3。所述的溶液循环系统包括稀溶液储罐10、变频溶液泵11、恒温热水箱12，大功率电加热器13、开/关阀门14、水泵15、储水罐16、电动调节阀21、浓溶液储罐22。所述的稀溶液储罐10和浓溶液储罐22，分别用于存储试验之前所配置的稀溶液和试验之后反应了的浓溶液。所述的稀溶液储罐10出口与变频溶液泵11相连接，变频溶液泵11出口与恒温热水箱12中的加热盘管相连，加热盘管出口与底端溶液管路L3相连，底端溶液管路L3另一端与反应管系统3相连。所述的恒温热水箱12的可调温度范围为40至95℃。一级加热的热源来自水冷冷凝器8中高温高压气态冷媒相变时所释放的冷凝热，因而恒温热水箱12一级加热热源入口和出口分别与水冷冷凝器8的循环水出口和入口相连接，驱动力为循环水泵。所述的恒温热水箱12的二级加热热源来自其内置的大功率加热器13(功率可调范围0.5kW至10kW)，加热的热流密度通过内置于数据采集与控制系统中的可控硅组件调节。当所述的恒温热水箱12内水温相对于预设值超调，则打开底部的开/关阀14，而后通过位于恒温热水箱12与储水罐(或自来水龙头)连接管路上的水泵15，将自来水或储水罐16中的室温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气‑液两相流鼓泡吸收过程特性测试装置，其特征在于，所述的气‑液两相流鼓泡吸收过程特性测试装置包括待测样品准备与处理系统(1)、振动台(2)、反应管系统(3)以及数据采集与控制系统，用于测试气体‑溶液两相流在管道或反应器中发生吸收反应时的状态演化特征和热量传递规律；所述的振动台(2)平置于地面，位于反应管系统(3)的正下方；反应管系统(3)与待测样品准备与处理系统(1)之间通过五条管路相连，分别为顶端水路L1、底端水路L2、底端溶液管路L3、顶端溶液管路L4和气体引入管路L5；数据采集与控制系统用于实时采集数据，并发出调控指令；所述的反应管系统(3)包括圆柱形套管式反应管、上端盖密封法兰、下端盖密封法兰以及定位紧固件；圆柱形套管式反应管通过底部定位紧固件竖直固定在振动台(2)的上表面，包括两种几何尺寸相同的结构：一种为玻璃制套管式，用于测试气体‑溶液两相流鼓泡吸收过程中的气泡生成、脱离、聚合或破裂、湮灭全过程动态演化规律；另一种为铜制套管式，用于研究多种初始和边界条件下体系的热量传递规律；所述待测样品准备与处理系统(1)包括冷却水子系统、溶液子系统以及气体子系统三部分，平置于地面；所述的冷却水子系统的出口与反应管系统(3)之间通过顶端水路L1连接，入口与反应管系统(3)之间通过底端水路L2连接，冷却水子系统用于保证经顶端水路L1进入反应管的冷却水能够满足试验要求；满足试验需求的冷却水经顶端水路L1，通过变频水泵(14)泵入反应管的内、外管套间的流道中，吸收热量后，从反应管系统(3)底部流出，经底端水路L2流回恒温冷水箱(17)，如此循环流动；所述的冷却水子系统包括恒温冷水箱(17)，电加热器(9)、变频水泵(14)以及一套制冷机组；恒温冷水箱(17)内的水温可调温度范围为‑20℃至50℃，通过电加热器(9)实现升温，通过制冷机组实现降温；所述的溶液子系统包括溶液循环系统和溶液再生系统两部分；所述的溶液循环系统的出口与反应管系统(3)之间通过底端溶液管路L3连接，其入口与反应管系统(3)之间通过顶端溶液管路L4连接，溶液循环系统用于实现待测稀溶液与反应后的浓溶液的存储与循环，并保证待测稀溶液能够以试验要求的温度、压力、浓度、流速或流量经底端溶液管路L3进入反应管系统(3)；所述的溶液循环系统包括稀溶液储罐(10)、变频溶液泵(11)、恒温热水箱(12)，电动调节阀(21)、浓溶液储罐(22)；稀溶液储罐(10)和浓溶液储罐(22)分别用于存储试验之前所配置的稀溶液和试验之后反应的浓溶液，稀溶液储罐(10)出口与变频溶液泵(11)连接，变频溶液泵(11)出口与恒温热水箱(12)中的加热盘管相连，加热盘管出口与底端溶液管路L3相连，底端溶液管路L3另一端与反应管系统(3)相连；预先配置好浓度的待测溶液从稀溶液储罐(10)中流出，被变频溶液泵(11)以试验需求的流速泵入恒温热水箱(12)中调节至试验所需温度，而后经底端溶液管路L3进入反应管系统(3)；在反应管系统(3)反应后，待测溶液变浓，从反应管顶部流出，进入顶端溶液管路L4；所述的顶端溶液管路L4出口端连接电动调节阀(21)，电动调节阀(21)能够动态调节反应管内的吸收压力，电动调节阀(21)出口连接三条支路：第一个支路与直接取样口(26)连接，中间管道上装有开/关阀；第二个支路与浓溶液储罐(22)的顶部溶液入口连通，中间管道上装有开/关阀，控制溶液的进入；第三个支路依次连接开/关阀、一段毛细管(28)，流经毛细管(28)被节流的溶液一部分进入间接取样口(27)，剩余部分溶液进入浓溶液储罐(22)内；所述的浓溶液储罐(22)底部出口分成两条支路：第一个支路与稀溶液储罐(10)入口连接，实现溶液循环；第二个支路与溶液再生系统中的发生器(23)入口连接，发生器(23)与外界还通过顶部的气体逸出口和底部的液体排出口连通，气体逸出口与风冷器(24)入口连接，风冷器(24)出口与膨胀阀(29)入口连接，膨胀阀(29)出口与回收工质储罐(25)连接，回收工质储罐(25)平置于地面，液体排出口通过开/关阀与溶液泵连接，溶液泵与稀溶液储罐(10)连接；进入发生器(23)中的浓溶液在电加热器加热作用下，溶解在溶液中的实验气体开始逐渐从溶液中逸出，并从发生器(23)顶部出口离开，进入风冷器(24)中冷却液化，再通过膨胀阀(29)，转化为低温低压的液态实验工质，最后被存入回收工质储罐(25)中；发生器(23)中的剩余溶液由发生器(23)底部流回至稀溶液储罐(10)，完成溶液的循环与再生；所述的气体子系统用于保证待测实验气体以试验要求的温度、压力、流速或流量经气体引入管路L5进入反应管系统(3)；气体子系统与反应管系统(3)连接；纯工质储罐18内存储着液化的试验气体，其标准沸点温度低于室温，纯工质储罐...

【技术特征摘要】
1.一种气-液两相流鼓泡吸收过程特性测试装置，其特征在于，所述的气-液两相流鼓泡吸收过程特性测试装置包括待测样品准备与处理系统(1)、振动台(2)、反应管系统(3)以及数据采集与控制系统，用于测试气体-溶液两相流在管道或反应器中发生吸收反应时的状态演化特征和热量传递规律；所述的振动台(2)平置于地面，位于反应管系统(3)的正下方；反应管系统(3)与待测样品准备与处理系统(1)之间通过五条管路相连，分别为顶端水路L1、底端水路L2、底端溶液管路L3、顶端溶液管路L4和气体引入管路L5；数据采集与控制系统用于实时采集数据，并发出调控指令；所述的反应管系统(3)包括圆柱形套管式反应管、上端盖密封法兰、下端盖密封法兰以及定位紧固件；圆柱形套管式反应管通过底部定位紧固件竖直固定在振动台(2)的上表面，包括两种几何尺寸相同的结构：一种为玻璃制套管式，用于测试气体-溶液两相流鼓泡吸收过程中的气泡生成、脱离、聚合或破裂、湮灭全过程动态演化规律；另一种为铜制套管式，用于研究多种初始和边界条件下体系的热量传递规律；所述待测样品准备与处理系统(1)包括冷却水子系统、溶液子系统以及气体子系统三部分，平置于地面；所述的冷却水子系统的出口与反应管系统(3)之间通过顶端水路L1连接，入口与反应管系统(3)之间通过底端水路L2连接，冷却水子系统用于保证经顶端水路L1进入反应管的冷却水能够满足试验要求；满足试验需求的冷却水经顶端水路L1，通过变频水泵(14)泵入反应管的内、外管套间的流道中，吸收热量后，从反应管系统(3)底部流出，经底端水路L2流回恒温冷水箱(17)，如此循环流动；所述的冷却水子系统包括恒温冷水箱(17)，电加热器(9)、变频水泵(14)以及一套制冷机组；恒温冷水箱(17)内的水温可调温度范围为-20℃至50℃，通过电加热器(9)实现升温，通过制冷机组实现降温；所述的溶液子系统包括溶液循环系统和溶液再生系统两部分；所述的溶液循环系统的出口与反应管系统(3)之间通过底端溶液管路L3连接，其入口与反应管系统(3)之间通过顶端溶液管路L4连接，溶液循环系统用于实现待测稀溶液与反应后的浓溶液的存储与循环，并保证待测稀溶液能够以试验要求的温度、压力、浓度、流速或流量经底端溶液管路L3进入反应管系统(3)；所述的溶液循环系统包括稀溶液储罐(10)、变频溶液泵(11)、恒温热水箱(12)，电动调节阀(21)、浓溶液储罐(22)；稀溶液储罐(10)和浓溶液储罐(22)分别用于存储试验之前所配置的稀溶液和试验之后反应的浓溶液，稀溶液储罐(10)出口与变频溶液泵(11)连接，变频溶液泵(11)出口与恒温热水箱(12)中的加热盘管相连，加热盘管出口与底端溶液管路L3相连，底端溶液管路L3另一端与反应管系统(3)相连；预先配置好浓度的待测溶液从稀溶液储罐(10)中流出，被变频溶液泵(11)以试验需求的流速泵入恒温热水箱(12)中调节至试验所需温度，而后经底端溶液管路L3进入反应管系统(3)；在反应管系统(3)反应后，待测溶液变浓，从反应管顶部流出，进入顶端溶液管路L4；所述的顶端溶液管路L4出口端连接电动调节阀(21)，电动调节阀(21)能够动态调节反应管内的吸收压力，电动调节阀(21)出口连接三条支路：第一个支路与直接取样口(26)连接，中间管道上装有开/关阀；第二个支路与浓溶液储罐(22)的顶部溶液入口连通，中间管道上装有开/关阀，控制溶液的进入；第三个支路依次连接开/关阀、一段毛细管(28)，流经毛细管(28)被节流的溶液一部分进入间接取样口(27)，剩余部分溶液进入浓溶液储罐(22)内；所述的浓溶液储罐(22)底部出口分成两条支路：第一个支路与稀溶液储罐(10)入口连接，实现溶液循环；第二个支路与溶液再生系统中的发生器(23)入口连接，发生器(23)与外界还通过顶部的气体逸出口和底部的液体排出口连通，气体逸出口与风...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴曦，徐士鸣，刘嘉威，蒋孟男，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21