危险介质闪蒸喷雾两相流与雾化发生装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种危险介质闪蒸喷雾两相流与雾化发生装置及测试方法，包括闪蒸喷雾发生系统、集成控制系统和测试系统四个主要部分。闪蒸喷雾发生系统中，高压氮气瓶与工质储罐上部的气相进口连通；工质储罐下部的液相出口与控温控压腔上盖中心连通；控温控压腔底面中心处与电磁阀入口直接相连；电磁阀出口连接喷嘴；集成控制系统由外部接线与其他系统中设备连接，硬件整合于集成控制箱中。装置通过设计程序控制，经由集成控制系统实现闪蒸发生系统中各参数的精确调节和同步采集，以及测试系统各设备对雾场参数的同步测量，并通过安全辅助系统确保装置安全稳定的运行，实现对多种危险介质的研究。

Flash evaporation spray two phase flow and atomization generating device and testing method for dangerous medium

The invention discloses a dangerous medium flash evaporation two phase flow and atomization generating device and a testing method, comprising four main parts, the flash evaporation generating system, the integrated control system and the testing system. In the flash spray generating system, the high-pressure nitrogen gas cylinder communicates with the gas phase inlet of the upper part of the working tank, and the liquid outlet of the lower part of the working tank is connected with the center of the upper chamber of the temperature control pressure chamber; the center of the bottom surface of the temperature control chamber is directly connected with the electromagnetic valve inlet; the outlet of the electromagnetic valve is connected with the nozzle; the integrated control system is connected by the external wiring with other equipment in the system, and the hardware is integrated into the integrated control. In the box. The device realizes precise adjustment and synchronous acquisition of parameters in the flash evaporation generating system through design program control and integrated control system, as well as synchronous measurement of fog field parameters by various equipment of the testing system, and ensures the safe and stable operation of the device through safety assistant system, so as to realize the study of various dangerous media.

【技术实现步骤摘要】
危险介质闪蒸喷雾两相流与雾化发生装置及测试方法
本专利技术属于喷雾研究领域，具体涉及一种危险介质闪蒸喷雾两相流与雾化发生装置及测试方法。
技术介绍
在石油化工与核工等过程工业中，由于比体积小、储存和运输占用空间较小，原料和产品多以高压液体和液化气体的形式进行储存和运输。高压、振动、载荷变化、电化学反应及自身缺陷、介质条件等原因的作用会引起容器及管道材料的疲劳和腐蚀，造成压力容器的失效，从而使得高压液体或者液化气体形成闪蒸喷雾，发生严重的泄漏性事故。在容器或管道内与环境之间的巨大压差作用下，内部储存的介质会从破裂处剧烈喷出，喷出的液体快速失压，从原本正常存储时的过冷稳定状态转变为极不稳定的过热状态。过热液体来不及通过液相表面蒸发来释放过热度，剧烈的形核相变过程快速发生于液体内部和表面，喷出的大液团迅速破碎分散成大量细小液滴，整个泄漏以这种剧烈的、非受控的闪蒸喷雾的形式发生。由于泄漏中大量液滴和液体沉积形成液池，并持续蒸发，泄漏处将有大量气、液两相工质积聚。多数工业中所用工质都具有易燃易爆或有毒有害等特性，如不能妥善处理泄漏性事故，极易发生燃爆、中毒以及环境污染等二次事故，对工业生产、人身安全与自然环境造成严重危害。因而，掌握这类泄漏性事故形成的闪蒸喷雾气液两相行为规律对于灾害的控制、评估与防治具有重要指导作用。由于泄漏性事故危险性极高，难以实现与工业实际相比拟的大规模实验研究，因此有必要开展小规模的模拟实验研究，搭建小型泄漏性事故模拟实验台。目前，闪蒸喷雾的实验研究集中于透明石英喷嘴外雾场特性和接触表面传热特性两方面，现有的实验装置无法观测透明石英喷嘴管内的流动特性，且无法对管内两相流和管外雾场进行同步观测。另一方面，闪蒸喷雾的实验研究中液体初始参数的精确控制是关键，现有的实验装置通常是在远离透明石英喷嘴入口的设备中(比如恒温水箱、低温恒温槽等)来调控初始温度，而流动时管路散热或者局部气化势必就导致闪蒸瞬态喷雾条件下透明石英喷嘴入口初始温度与调控段温度相差甚远，并且无法保障对瞬态喷雾参数控制与测量(入口压力、温度，雾场液滴温度、粒径、速度，高速可视化拍摄等)的同步性。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种危险介质闪蒸喷雾两相流与雾化发生装置及测试方法，用于对泄漏性事故的模拟实验研究，解决上述问题。本专利技术能够在较大工况范围内对工质的初始参数进行控制，实现对过热度与喷雾压力的精确独立调节，且能够实现对管内流动特性与管外雾场中多种特性参数的同步测量，同时针对不同的危险介质，能够确保实验的安全性，且具有集成度高、运行稳定、易操作的特点。为了实现上述目的，本文采用如下技术方案：一种危险介质闪蒸喷雾两相流与雾化发生装置，包括闪蒸喷雾发生系统、集成控制系统和测试系统；所述的闪蒸喷雾发生系统包括氮气瓶、工质储罐、控温控压腔和喷嘴，氮气瓶与工质储罐上部的气相进口连通；工质储罐下部液相出口与控温控压腔上盖中心连通；控温控压腔底面通过设置电磁阀与喷嘴连接；所述的测试系统包括摄像机和光源，摄像机和光源相对设置；所述的集成控制系统包括集成控制箱和电脑，电脑通过集成控制箱与测试系统连接。所述的工质储罐上部留有气相和液相两个进口，同时装有超压泄压阀与数显压力传感器；上部气相进口通过耐压不锈钢管、球阀、减压阀、手动阀与高压氮气瓶连通；上部液相进口与球阀连通；下部液相出口通过耐压不锈钢管、球阀与控温控压腔上盖三通连通。还包括雾场特性实验研究段设备，雾场特性实验研究段设备包括温度探针和PDPA，温度探针与集成控制箱电连接，PDPA与电脑连接；两个PDPA成夹角设置，且两个PDPA和温度探针设置在喷嘴下方。所述的控温控压腔上盖通过三通连有压力传感器；上盖周边四孔内安装电加热管，底面侧孔安装热电阻，底部中心与电磁阀入口联通，电磁阀出口通过四通与压力传感器和热电偶连通，喷嘴与四通的底部接口相连。所述的压力传感器、电加热管、热电阻、电磁阀、压力传感器和热电偶均与集成控制箱连接。所述的集成控制箱包括数据采集板卡、触发开关、数据采集板卡和控制机箱总开关，数据采集板卡用于连续输出触发信号，经由触发开关和外部接线同步控制电磁阀的开闭和高速摄像机的拍摄开启，并用于触发同步采集喷嘴入口段热电偶、压力传感器和温度探针的电压信号；数据采集板卡用于持续采集控温控压腔中热电阻与压力传感器的电压信号，并根据热电阻测得的控温控压腔过程温度与目标设定温度，由PID算法通过数据采集板卡控制电加热管，调整控温控压腔内液体的温度。所述的喷嘴为透明石英喷嘴。还包括安全辅助系统，所述的安全辅助系统包括三维电动平移台和透明隔离罩；控温控压腔置于三维电动平移台上，电磁阀与喷嘴均置于透明隔离罩内上部。所述的透明隔离罩内下部安装有防爆风机，且透明隔离罩留有排风出口。所述的危险介质闪蒸喷雾两相流与雾化发生装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：工质储罐中的工质由氮气瓶的氮气加压、控温控压腔加热升温，高压高温的工质经喷嘴喷出进入常温常压环境时迅速失压，从原有的过冷稳定状态转变为亚稳定的过热状态，发生闪蒸现象，工质剧烈破碎雾化成细小液滴；经由集成控制系统实现闪蒸发生系统中各参数的精确调节和同步采集，以及测试系统各设备对雾场参数的同步测量。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术设计的一种危险介质闪蒸喷雾两相流与雾化发生装置，其核心技术特征是危险介质的闪蒸喷雾：工质由氮气加压、电加热管升温，高压高温的工质经透明石英喷嘴喷出进入常温常压环境时迅速失压，从原有的过冷稳定状态转变为亚稳定的过热状态，发生闪蒸现象，工质剧烈破碎雾化成细小液滴；全部过程在封闭且透明的隔离罩中发生，同时排风系统也可将隔离罩内的气体进行收集排空处理。此系统实现了对泄漏性事故中工质由破裂处喷出形成闪蒸喷雾现象的模拟，可同步对喷嘴管内流动特与管外雾场多种特性进行研究，同时保证了实验的安全性，符合适用于多种危险介质的要求。进一步，本专利技术设计的控温控压腔，实现了对来流工质热力学状态的精确控制和调整。根据侧孔处安装的PT100热电阻监测温度，通过Labview程序对电加热管进行PID控制，可以保证腔体内温度与设定温度的稳态误差小于0.5℃；腔体与快速响应电磁阀直接连接，避免了管路连接造成的热量散失；腔体外部保温壳内填充保温材料，减少了加热过程中的热量损失；在透明石英喷嘴入口前对入口压力和温度进行再次测量，可以精确确定工质在进入透明石英喷嘴前所处的热力状态。进一步，本专利技术设计的集成控制系统，整合了所有硬件部件于集成控制箱中，同时利用基于Labview平台编写的实验控制与数据采集软件，极大提高了系统的集成度，实现了对瞬态喷雾精确控制和测量的同步性，使得对整个控制系统的操作更加可靠、方便。进一步，本专利技术设计的透明隔离罩及防爆风机，调高了实验的安全性。整个隔离罩及防爆风机为半封闭状态，使实验环境与外部相隔绝，外部扰动不会对喷雾过程和测量造成干扰；同时底部排风系统与大气相通，且隔离罩内部较大，喷雾过程不会明显改变内部的环境压力，有效避免喷雾背压变化对实验的影响；完成一次喷雾后，防爆风机将气体排空即可准备下次实验。本专利技术的测试方法简单，参数控制精准、无外界环境干扰、集成度高、运行稳定、同步性高、安全性好，适用于多种危险介质的喷雾研究。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种危险介质闪蒸喷雾两相流与雾化发生装置，其特征在于，包括闪蒸喷雾发生系统、集成控制系统和测试系统；所述的闪蒸喷雾发生系统包括氮气瓶(1)、工质储罐(2)、控温控压腔(3)和喷嘴(6)，氮气瓶(1)与工质储罐(2)上部的气相进口连通；工质储罐(2)下部液相出口与控温控压腔(3)上盖中心连通；控温控压腔(3)底面通过设置电磁阀(5)与喷嘴(6)连接；所述的测试系统包括摄像机(8)和光源(9)，摄像机(8)和光源(9)相对设置；所述的集成控制系统包括集成控制箱(12)和电脑(13)，电脑(13)通过集成控制箱(12)与测试系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种危险介质闪蒸喷雾两相流与雾化发生装置，其特征在于，包括闪蒸喷雾发生系统、集成控制系统和测试系统；所述的闪蒸喷雾发生系统包括氮气瓶(1)、工质储罐(2)、控温控压腔(3)和喷嘴(6)，氮气瓶(1)与工质储罐(2)上部的气相进口连通；工质储罐(2)下部液相出口与控温控压腔(3)上盖中心连通；控温控压腔(3)底面通过设置电磁阀(5)与喷嘴(6)连接；所述的测试系统包括摄像机(8)和光源(9)，摄像机(8)和光源(9)相对设置；所述的集成控制系统包括集成控制箱(12)和电脑(13)，电脑(13)通过集成控制箱(12)与测试系统连接。2.根据权利要求1所述的危险介质闪蒸喷雾两相流与雾化发生装置，其特征在于，所述的工质储罐(2)上部留有气相和液相两个进口，同时装有超压泄压阀(c3)与数显压力传感器(d)；上部气相进口通过耐压不锈钢管、球阀(c2)、减压阀(b)、手动阀(a)与高压氮气瓶(1)连通；上部液相进口与球阀(c1)连通；下部液相出口通过耐压不锈钢管、球阀(e)与控温控压腔(3)上盖三通连通。3.根据权利要求1所述的危险介质闪蒸喷雾两相流与雾化发生装置，其特征在于，还包括雾场特性实验研究段设备，雾场特性实验研究段设备包括温度探针(7)和PDPA(10)，温度探针(7)与集成控制箱(12)电连接，PDPA(10)与电脑(13)连接；两个PDPA(10)成夹角设置，且两个PDPA(10)和温度探针(7)设置在喷嘴(6)下方。4.根据权利要求1所述的危险介质闪蒸喷雾两相流与雾化发生装置，其特征在于，所述的控温控压腔(3)上盖通过三通连有压力传感器(i)；上盖周边四孔内安装电加热管(g)，底面侧孔安装热电阻(h1)，底部中心与电磁阀(5)入口联通，电磁阀(5)出口通过四通与压力传感器(f)和热电偶(h2)连通，喷嘴(6)与四通的底部接口相连。5.根据权利要求4所述的危险介质闪蒸喷雾两相流与雾化发生装置，其特征在于，所述的压力传感器(i)、电加热管(g)、热电阻(h1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：周致富，王嘉丰，杨涛，张璐，陈斌，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61