低过冷度下蒸汽与水直接接触冷凝换热系数的测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种低过冷度下蒸汽与水直接接触冷凝换热系数的测量装置，能够实现蒸汽喷注在低过冷流场下的凝结换热系数的测量，结合可视化能够直观观察到蒸汽喷注汽羽的演化特性，同时也可以根据实验所需开展不同蒸汽流量、不同环境水过冷度下的凝结换热系数的测量。本发明专利技术采用可移动热电偶支架，能够实现在不同工况下汽羽内部温度和周围过冷水温度的测量，操作方便、易于实现。本发明专利技术采用的热电偶布置对汽羽演化和流场自由发展影响很小，大大减小了进行温度测量时对流场的干扰，有利于实现精确的汽羽可视化。本发明专利技术采用可视化技术，无干扰式记录汽羽形态演化，结合图像处理技术完成换热系数的测量。完成换热系数的测量。完成换热系数的测量。

【技术实现步骤摘要】
低过冷度下蒸汽与水直接接触冷凝换热系数的测量装置


[0001]本专利技术属于低过冷度下蒸汽
‑
水直接接触冷凝换热特性研究
，具体涉及一种低过冷度下蒸汽与水直接接触冷凝换热系数的测量装置。

技术介绍

[0002]船舶蒸汽动力系统运行时，须对给水进行深度除氧，以抑制管路及设备腐蚀。目前船舶动力系统采用鼓泡式热力除氧，加热蒸汽以水下喷注的方式，通入具有低过冷度的凝水空间，利用蒸汽与水直接接触冷凝释放的热量，加热给水至饱和温度并促使溶解氧析出，维持系统水质。
[0003]低过冷度下蒸汽
‑
水直接接触冷凝凝结换热特性的深入研究，对优化船舶蒸汽动力系统鼓泡除氧效果有重要意义，低过冷度下蒸汽喷注具有独特物理特征：由于流场过冷度很低，蒸汽凝结势较小，射流的汽羽不再局限于喷嘴附近的有限空间，流场大范围内都伴随着剧烈且不稳定的气液相界面传热、传质，两相行为复杂，其动态的温度和压力分布决定流场传热速率与除氧深度，对系统水质的除氧效果产生重要影响。
[0004]蒸汽
‑
水直接接触冷凝具有高传热、传质速率以及不涉及运动部件等优点，研究蒸汽喷注的凝结换热特性具有重要的工程实践意义，凝结换热系数的测量是研究凝结换热特性的关键，分析影响凝结换热系数的影响因素，理解低过冷流场下凝结换热机理，同时针对关键影响因素改进除氧部件，提高系统的凝结换热效率，提升船舶动力系统除氧效果，优化系统运行水质，保护管路不受水质腐蚀。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种低过冷度下蒸汽与水直接接触冷凝换热系数的测量装置。
[0006]一种低过冷度下蒸汽与水直接接触冷凝换热系数的测量装置，包括低过冷度实验水箱、可移动热电偶支架、高速摄像机；
[0007]所述可移动热电偶支架包括支座和十字支撑结构；所述支座固定在所述低过冷度实验水箱内部侧面；所述十字支撑结构包括十字头部和主体杆部，主体杆部一端设有向上弯曲的弯头，另一端与所述支座连接，避免蒸汽射流时引起的震动将十字支撑结构移位，且主体杆部与支座连接位置可调；
[0008]所述低过冷度实验水箱包括水箱主体结构、渐缩形喷嘴、冷却盘管、温度变送器和压力变送器；所述渐缩形喷嘴入口处安装有压力变送器，渐缩形喷嘴出口设置在水箱主体结构内部，位于十字支撑结构的十字头部正上方；蒸汽通过渐缩形喷嘴进入低过冷度实验水箱中形成蒸汽汽羽；所述十字支撑结构的十字头部上布置有六只热电偶，根据蒸汽汽羽的实际长度，调节主体杆部与支座连接位置，使其中四只热电偶可测量蒸汽汽羽的内部温度，得到测量值T
s1
、T
s2
、T
s3
、T
s4
，另外两只热电偶位于蒸汽汽羽的两侧，测量水箱主体结构内部的环境水温度，得到测量值T
f1
、T
f2
；所述水箱主体结构内部四周还分布有四只热电偶，测
量水箱主体结构内部的环境水温度，得到测量值T
f3
、T
f4
、T
f5
、T
f6
；所述冷却盘管内部通冷却水，用于保持水箱主体结构内部温度恒定；所述温度变送器和压力变送器安装在水箱主体结构上，用于监测水箱主体结构的温度和压力变化，保证水箱主体结构内部压力和温度在允许范围内波动；
[0009]所述高速摄像机用于拍摄蒸汽汽羽的形状，最终测得的低过冷度下蒸汽与水直接接触冷凝换热系数h
i
为：
[0010][0011]其中，T
s
为蒸汽汽羽温度，T
f
为环境水温度，h
s
为蒸汽汽羽的焓值，通过蒸汽汽羽温度T
s
以及布置在渐缩形喷嘴入口处的压力变送器的测量值计算得出；h
f
为环境水的焓值，通过环境水温度T
f
以及布置在水箱主体结构上的压力变送器的测量值计算得出；A
i
为蒸汽汽羽的表面积，通过所述高速摄像机拍摄的图像进行图像处理后获取。
[0012]进一步地，所述低过冷度实验水箱的前后两面均开设有可视化视窗，可视化视窗与所述水箱主体结构之间加装密封垫，保证低过冷度实验水箱的密封性。
[0013]进一步地，还包括LED灯板；所述LED灯板布置在低过冷度实验水箱的后面，所述高速摄像机布置在低过冷度实验水箱的正面；所述LED灯板亮度稳定，光线均匀，光照区域没有明显阴影，满足所述高速摄像机对光线亮度、分布与稳定性的要求。
[0014]进一步地，所述冷却盘管包括冷却水进口冷却块、出口冷却块以及双排8只冷却盘管，相同结构的冷却盘管4套，保证水箱内部温度恒定。
[0015]进一步地，通过所述高速摄像机拍摄的图像进行图像处理后获取蒸汽汽羽的表面积A
i
的方法具体为：首先将蒸汽汽羽图像转换为灰度图，采用二维离散小波降噪降低拍摄噪声，提高图像品质；之后将灰度图转换为二值图，采用自编程识别蒸汽汽羽和环境水边界，拟合边界曲线，利用微分将边界曲线分段、旋转重构三维蒸汽汽羽，通过积分将重构出的蒸汽汽羽表面积A
i
求出。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017]本专利技术针对低过冷流场蒸汽
‑
水直接接触冷凝凝结换热特性研究，提供了一种低过冷度下蒸汽与水直接接触冷凝换热系数的测量装置。本专利技术能够实现蒸汽喷注在低过冷流场下的凝结换热系数的测量，结合可视化能够直观观察到蒸汽喷注汽羽的演化特性，同时也可以根据实验所需开展不同蒸汽流量、不同环境水过冷度下的凝结换热系数的测量。本专利技术采用的可移动热电偶支架，能够实现在不同工况下汽羽内部温度和周围过冷水温度的测量，操作方便、易于实现。本专利技术采用的热电偶布置对汽羽演化和流场自由发展影响很小，大大减小了进行温度测量时对流场的干扰，有利于实现精确的汽羽可视化。本专利技术采用的可视化技术，无干扰式记录汽羽形态演化，结合图像处理技术完成换热系数的测量。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的总体布置示意图。
[0019]图2a为本专利技术中水箱主体结构内部温度测点布置示意图。
[0020]图2b为本专利技术中蒸汽汽羽内部温度测点和蒸汽汽羽附近温度测点布置示意图。
[0021]图3a为本专利技术中低过冷度实验水箱的内部结构示意图。
[0022]图3b为本专利技术中冷却盘管的示意图。
[0023]图4为本专利技术中可移动热电偶支架的示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图对本专利技术做进一步描述。
[0025]本专利技术提供的是一种研究低过冷度下蒸汽
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水直接接触冷凝换热特性设计方案，应用于蒸汽喷注凝结换热系数的测量。
[0026]本专利技术的目的是针对低过冷流场蒸汽
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水直接接触冷凝凝结换热特性研究，提供一种结合可视化技术测量蒸汽喷注凝结换热系数的测量方案，本专利技术所提供的凝结换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低过冷度下蒸汽与水直接接触冷凝换热系数的测量装置，其特征在于：包括低过冷度实验水箱(1)、可移动热电偶支架(2)、高速摄像机(4)；所述可移动热电偶支架(2)包括支座(10)和十字支撑结构(12)；所述支座(10)固定在所述低过冷度实验水箱(1)内部侧面；所述十字支撑结构(12)包括十字头部和主体杆部，主体杆部一端设有向上弯曲的弯头，另一端与所述支座(10)连接，避免蒸汽射流时引起的震动将十字支撑结构(12)移位，且主体杆部与支座(10)连接位置可调；所述低过冷度实验水箱(1)包括水箱主体结构、渐缩形喷嘴(6)、冷却盘管(7)、温度变送器和压力变送器；所述渐缩形喷嘴(6)入口处安装有压力变送器，渐缩形喷嘴(6)出口设置在水箱主体结构内部，位于十字支撑结构(12)的十字头部正上方；蒸汽通过渐缩形喷嘴(6)进入低过冷度实验水箱(1)中形成蒸汽汽羽；所述十字支撑结构(12)的十字头部上布置有六只热电偶，根据蒸汽汽羽的实际长度，调节主体杆部与支座(10)连接位置，使其中四只热电偶可测量蒸汽汽羽的内部温度，得到测量值T
s1
、T
s2
、T
s3
、T
s4
，另外两只热电偶位于蒸汽汽羽的两侧，测量水箱主体结构内部的环境水温度，得到测量值T
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、T
f2
；所述水箱主体结构内部四周还分布有四只热电偶，测量水箱主体结构内部的环境水温度，得到测量值T
f3
、T
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、T
f5
、T
f6
；所述冷却盘管(7)内部通冷却水，用于保持水箱主体结构内部温度恒定；所述温度变送器和压力变送器安装在水箱主体结构上，用于监测水箱主体结构的温度和压力变化，保证水箱主体结构内部压力和温度在允许范围内波动；所述高速摄像机(4)用于拍摄蒸汽汽羽的形状，最终测得的低过冷度下蒸汽与水直接接触冷凝换热系数h
i
为：其中，T<...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭思超，李辉，王拓，朱迪，李勇，李东阳，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：