一种用于研究波形板分离器内部机理及选型的可视化实验系统

技术领域

本发明涉及一种用于研究波形板分离器内部机理及选型的可视化实验系统，属于波形板分离器实验的系统设计领域。

背景技术

汽发生器是压水堆核电厂中，将一回路的反应堆冷却剂的热量传递给二回路的核心设备，即利用一回路将二次测中的水加热成蒸汽，该蒸汽通过一套汽水分离装置后，进入汽轮机，并带动汽轮机做功发电。

波形板分离器已被广泛地应用于压水堆核电厂中的汽水分离领域，但随着核电单堆功率增大，对波形板分离器的处理量提出更高要求，亟待开发更高效的波形板干燥器。

现有文献中公开的波形板实验研究系统关注与考察不同形式的干燥器运行性能参数，存在三方面的问题。1，这些波形板实验研究系统几乎都是不可视化的，采用这些实验系统进行研究时，干燥器系统相当于一个黑箱，研究人员无法直观获得干燥器系统工作的机理，而只能结合实验测量数据做一些推测或者经验性的判断来还原干燥器内部的工作机理。2，这些波形板实验研究系统更关心测试一些采用不同结构的波形板片的干燥器的分离能力，而较少有涉及到对波形板内部分离机理进行详细研究，例如，现有的波形板干燥器实验系统在研究波形板干燥器的入口条件(入口速度、湿度)时，并未严格控制波形板的入口湿度，实验结果中未能独立体现出出入口湿度或者入口速度对干燥器分离效率的影响规律。3，现有波形板实验系统均未在实验中对气液混合物进行液滴粒度分布测量。

鉴于以上原因，需建立一种可视化的波形板分离器的实验系统，能够同时开展波形板分离器选型以及波形板分离器内部分离机理的实验研究。

发明内容

本发明的目的是为了研究波形板分离器的内部工作机理并开发更高效的波形板分离器而提供一种用于研究波形板分离器内部机理及选型的可视化实验系统，可应于用波形板分离器内部分离机理研究以及选型工作。

本发明的目的是这样实现的：包括造湿回路、引风回路、粒度分析模块、测量系统，所述造湿回路包括依次连接的储水箱、离心泵、调节阀和喷嘴排列；所述引风回路包括依次连接的风机、后侧风道、实验段、混合段，混合段底部通过管路与混合段疏水箱连通，实验段包括由波形板片组成的若干个波形板通道、设置在波形板通道上端的上盖板、设置在波形板通道下端的疏水槽，疏水槽的下端与实验段疏水箱连通，且所述喷嘴排列位于混合段内；所述粒度分析模块包括激光粒度仪，在混合段和实验段的入口处分别设置有能使激光粒度仪的光路横穿混合段和实验段的光路贯穿孔；所述测量系统包括设置在调节阀与喷嘴排列之间的管路上的液体流量计和温度计、分别设置在混合段入口处和后侧风道内的两个温湿度计、设置在后侧风道与风机之间的气体流量计、设置在实验段的压差计，所述液体流量计、温度计、两个温湿度计、气体流量计、压差计得到的信号分别通过线路传输到数据采集模块中处理后存储在计算机中。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.混合段、实验段以及后侧风道均由透明有机玻璃制成，混合段为前宽后窄的渐缩型楔形方管。

2.在实验段外侧还设置有摄像机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种波形板分离器可视化实验系统。利用该系统可实现以下功能：1、利用粒度分析模块，测量混合段中以及波形板实验件入口的液滴粒径，可获得气水混合物中的液滴颗粒直径分布以及变化规律。2、保持混合物入口速度不变，通过改变投入工作的喷嘴数量来改变入口湿度，可研究入口湿度对分离器性能(分离效率及压降)的影响；改变气流速度，并通过改变投入工作的喷嘴数量来维持入口湿度在一定值，可研究入口速度对分离器性能的影响。3、通过更换不同结构的波形板干燥器实验件，可研究波形板分离器的结构参数对分离器性能的影响；4、可观察拍摄混合段中的气液混合情况以及波形板分离器内部的两相流动，研究波形板分离器的分离机理和发生二次携带的机理。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图中：1为储水箱；2为离心泵，3为调节阀，4为排列喷嘴，5为光路贯穿孔，6为混合段，7为波形板实验件，8为疏水槽，9为后侧风道，10为风机，11为变频器，12为混合段疏水箱，13为实验段疏水箱，14为液体流量计，15为温度计，16、18为温湿度计，17为压差计，19为气体流量计，20为数据采集模块及计算机，21为粒度分析仪，22为摄相机。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，系统包括储水箱1，离心泵2，调节阀3，排列喷嘴4，混合段6，波形板实验件7，疏水槽8，后侧风道9，风机10，变频器11，混合段疏水箱12，实验段疏水箱13，液体流量计14，温度计15，温湿度计16、18，压差计17，气体流量计19，数据采集模块及计算机20，粒度分析仪21，摄相机22。

本发明按模块划分为：造湿回路、引风回路、波形板实验段、粒度分析模块、测量系统。

所述造湿回路包括由储水箱、离心泵、调节阀、喷嘴排列以及管线组成，喷嘴排列为若干枚单流体喷嘴均匀分布在混合段入口处，所述造湿回路中，储水箱1中的水在离心泵2的驱动下，配合调节阀3，经由管线流向布置在混合段前部的喷嘴排列4，在混合段前部形成大量雾化颗粒，实验时。可独立启停喷嘴以控制喷雾量，以调节干燥器入口湿度。

所述引风回路由引风回路由混合段6、实验段7、后侧风道9、风机10以及变频器11组成，其中混合段、实验段、后侧风道均为透明有机玻璃制成。混合段为前宽后窄的渐缩型楔形方管，前宽处便于气水混合，后窄处便于雾化颗粒携带，空气被吸入混合段，与雾化颗粒在混合段前部均匀混合形成气水混合物，一部分雾化颗粒在混合段沉降被疏水导管导出到混合段疏水箱12中，气水混合物向前运动进入实验段中，也即是喷嘴排列在混合段前部形成大量雾化颗粒，一部分雾化颗粒沉积，被混合段底部的疏水导管导出，其余的雾化颗粒与空气混合被携带流入实验段。

所述实验段由若干个有机玻璃材质的波形板片组成的若干通道组成，具体波形板通道的个数为2-3个，波形板片的个数应比波形板通道的数量多一个，其上方设置有机玻璃密封盖板，下方安装有疏水槽8以及疏水管线，波形板通道由若干块波形板片构成，通道底部装有疏水槽，气水混合物的水分在分离器中被分离，疏水流入疏水槽，通过导管导出到实验段疏水箱，实验段整体均由有机玻璃制成。进入实验段的气水混合物中的水分被分离，流入疏水槽，被导出进入实验段疏水箱13。

所述粒度分析模块由粒度分析仪21和测量光路组成，测量光路穿过混合段和干燥器入口处的光路贯穿孔5，使激光粒度仪的光路能够横穿过混合段和波形板干燥器，通过分析激光强度来获得混合段以及波形板干燥器入口处的粒径分布，储存在计算机中。混合物液滴粒径分布测点位置设置在混合段以及波形板入口处，用于测量混合段中以及干燥器入口处的液滴粒径分布以及用以研究该测点的粒径分布以及变化规律。

所述测量系统由测量仪表、数据采集模块及计算机20组成，测量仪表有液体流量计14、气体流量计19、差压计17、温度计15、温湿度计16、18，测量仪表测得的信号通过线路传输到数据采集模块中处理后存储在计算机中。分别采用流量计来测量给水回路和引风回路的流量，采用温度计测量给水温度，采用温湿度计测量混合段入口处空气以及实验段后侧空气的温度、湿度，仪表信号输入数据采集模块，采用称重法称量疏水箱中水的重量，以上实验获得数据储存在计算机中。

本发明的实验段、混合段、后侧风道之间用法兰连接，采用C型夹具将两侧法兰夹紧以方便拆装，并用离心风机以引风的方式驱动通道中空气流动；混合段、波形板实验段以及后侧风道均由透明有机玻璃制成，实验中对混合段的雾化混合情况和波形板实验段中的两相流动进行观察拍摄。系统运行时，通过改变工作喷嘴的数量来控制实验段入口处的湿度，通过变频器改变风机转速来控制实验段入口处的气流速度，通过更换不同结构的实验段来对不同结构波形板分离器进行研究，可利用照相机或者高速摄影仪来拍摄记录波形板分离器内部的分离流动情况。

本发明的运行过程如下：

开展分离器运行条件(入口湿度、气流速度)对分离器性能(分离效率、压降)影响的研究时：

1.开启引风回路，然后打开给水回路调节阀，启动离心泵，向喷嘴供水，一部分喷嘴开启。待系统稳定，波形板干燥器的入口湿度和入口速度固定在一定值。

2.首先采用激光粒度分析仪对混合物的液滴粒径进行测量并储存；之后对波形板的分离效率和压降进行测量，完成此工况的测量工作。

3.保持入口风速不变，增加工作喷嘴数量以提高入口湿度，重复步骤2，以研究入口湿度对波形板分离器性能的影响。

4.通过调节变频器提高风机转速以提高入口风速，调节工作喷嘴的数量，使干燥器的入口湿度稳定在步骤1中的水平，重复步骤2，以研究入口速度对波形板分离器性能的影响。

开展研究波形板分离器的结构参数对分离器性能影响的研究时：

(1)将不同结构的实验件更换安装到实验系统中，开启引风回路，然后打开给水回路调节阀，启动离心泵，向喷嘴供水，一部分喷嘴开启。待系统稳定，波形板干燥器的入口湿度和入口速度固定在一定值。

(2)对波形板的分离效率和压降进行测量，完成此工况的测量工作。

(3)对于某一结构的波形板干燥器，可在实验中调节干燥器的间距，以完成干燥器板间距对干燥器性能的研究。

波形板分离器的分离效率η可按如下方法得到：实验件分离水的质量流量G_分与实验段入口处的液体的质量流量G_入之比G_分/G_入即为分离效率，G_入可由给水流量G_给除去混合段沉降G_沉以及蒸发水量G蒸得到，即G_入＝G_给-G_沉-G_蒸；于是分离效率η＝G_分/(G_给-G_沉-G_蒸)；G_分由实验段疏水称重获得，G_给由液体流量计获得，G_沉由混合段疏水称重获得，G_蒸由两个温湿度计获得。波形板分离器的压降由压差计获得。待实验系统运行稳定之后，通过质量流量计测量液相总给水质量流量G_feed，通过电子秤称量一段时间内混合段疏水质量流量G_evap，用电子秤称量干燥器分离水的质量流量G_sep，通过温度计测量给水温度，通过温湿度测量入口空气湿度和温度，以及给水温度，计算出蒸发水量G_蒸。分离效率η则为：

当观察拍摄混合段中的气液混合情况以及波形板分离器内部的两相流动，研究波形板分离器的分离机理和发生二次携带的机理时，可利用照相机或者高速摄影仪来拍摄记录波形板分离器内部的分离流动情况。

综上，本发明公开了一种用于研究波形板分离器内部机理及选型的可视化实验系统，其可应用于波形板分离器的分离机理和性能研究。该可视化系统包括造湿回路、引风回路、干燥器本体、粒度分析模块、测量系统。在波形板实验段前端的雾化混合段中，来自储水箱的水被多级离心泵驱动经流量计流向喷嘴，喷嘴将水雾化成为大量微小的液滴颗粒，与被离心风机驱动的空气混合形成气液混合物。气液混合物中的一部分液滴沉降在混合段中流向混合段疏水箱，大部分气液混合物向前流过波形板实验段、实验段后侧风道、流量计、经由离心风机排入环境中，其中的液滴经波形板实验件分离后流入到实验段疏水箱中，将混合段疏水箱及实验段疏水箱称重计量。采用激光粒度测量系统来测量干燥器混合段以及波形板干燥器入口处的液滴颗粒直径分布。流量计和温湿度的测量信号送入数据采集系统并存储在计算机中。本发明可以用于研究波形板分离器的内部分离流动机理以及为波形板选型提供服务。