颗粒堆积床流动传热研究实验装置

摘要

本发明公开了一种颗粒堆积床流动传热研究实验装置，包括流道组件、设置在流道组件内的加热组件、套接在流道组件外的承压组件和用于对加热组件壁温进行测量的温度测量装置，所述流道组件和承压组件的对应处均设置有多个压力测量孔且多个压力测量孔设置在流道组件的不同高度位置处，其结构简单，测量过程简单且可靠性高，满足高温、高压和较大电加热功率条件下颗粒堆积床流动传热研究实验的需求。

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒堆积床流动传热研究装置领域，具体涉及颗粒堆积床流动传热研究实验装置。

背景技术

颗粒堆积床因其结构紧凑、内部表面积大和流动扰动性强等特点，在核能、燃烧、石油化工、污水处理和电化学等诸多工业领域有着广泛应用。颗粒堆积床流动传热特性研究在科学与工业领域有着非常重要的意义，有助于提高设备效率、优化性能参数，为设备的设计与运行提供一定的理论指导。

颗粒堆积床内部工质的流动传热现象极其复杂，因此实验研究是最为有效且必要的手段。然而当前针对颗粒堆积床流动传热研究的实验装置存在结构复杂、测量困难和可靠性差等缺点，严重制约了颗粒堆积床流动换热的研究发展，因此有必要设计出与现有实验技术匹配的颗粒堆积床流动传热研究实验装置，以满足颗粒堆积床流动传热研究在各应用领域的庞大需求。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种颗粒堆积床流动传热研究实验装置，其结构简单，测量过程简单且可靠性高。

本发明通过下述技术方案实现：

颗粒堆积床流动传热研究实验装置，包括流道组件、设置在流道组件内的加热组件、套接在流道组件外的承压组件和用于对加热组件壁温进行测量的温度测量装置，所述流道组件和承压组件的对应处均设置有多个压力测量孔且多个压力测量孔设置在流道组件的不同高度位置处。

本方案提供一种颗粒堆积床流动传热研究实验装置，其结构不同于现有实验装置结构。流动传热研究主要在于对工质的流动特性和传热特性的研究，具体体现在对温度和压降的测量与分析上。承压组件起封装作用并为流道组件提供进口和出口；流道组件为液体流通提供回路；加热组件对流动中的液体进行加热；在承压组件的不同高度位置设置引压管座便于不同高度点的压力装置的设置；在流道组件的不同高度处设置压力测量孔，便于压力测量，承压组件与其对应处设置与外部连通的压力测量孔，便于测压装置的设置。

作为优选，所述加热组件包括成板肋式的导电管和设置在导电管两端的导电部件。

所述温度测量装置设置在导电管内。

温度测量装置的位置设置一直是一个很困扰的问题，本方案将导电管设置成管状，便于温度测量装置的设置。导电管成板肋式排布，既使得导电管之间的缝隙不影响流道内液体的流动，还可很好地与流道组件的内壁匹配制作，提高加热组件结构的稳定性，避免其窜动。

设置在导电管下端的导电部件包括从上至下依次连接的导电接头、软铜连接件和导电棒。导电接头和导电棒之间设置软铜连接件，由于软铜连接件上设置有软铜绳，其可有效的吸收电加热组件与承压组件之间的热膨胀差。

所述导电接头包括连接在导电管上的上导电接头和连接在上导电接头与软铜连接件之间且截面大于上导电接头的下导电接头。上导电接头与导电管连接，其截面小，若直接与软铜连接则其过电流发热耗能高，本方案在上导电接头上连接一个截面较大的下导电接头以增加导电接头的截面积，由此减小导电接头的耗能，减小热损失和发热量。

设置在导电管上端的导电部件包括导电板和设置在导电板与导电管之间的导电盘，所述导电板固定在承压组件上。导电板通过导电盘与导电管连接，其可增强三者连接的紧固性。

所述流道组件包括同心且上下设置的导流件和流道管，所述流道管和导流件之间设置有定位弹簧。导流件压紧定位弹簧并引导流体向上流动。加热组件在加热过程中，流道组件会产生热膨胀，将流道组件设置为同心设置的流道管和导流件，两者通过定位弹簧连接，弹簧既可压紧流道管，也可消除可能因流体冲击出现的流道管窜动现象、补偿流道管与导流件之间的热膨胀差。

所述流道管的流道截面成正六边形。研究发现，流道管的流道截面的形状与导电管管束壁温测量的可靠性有关。实现证明，当其截面设置为正六边形时，导电管管束壁温测量的可靠性高。当将流道管的流道截面设置成圆形等其他形状时，各位置的测量数据差别较大，可靠性不高；而将流道管的流道截面设置成正六边形时，各位置的测量数据比较一致，可靠性高。

为了减小压力测量脉动，所述流道管的外壁上与压力测量孔位置对应处设置有环形测压沟槽。

所述承压组件包括设置在流道组件上端的出口法兰、用于封装流道组件的上筒体、设置在流道组件下端的进口法兰和用于封装部分加热组件的下筒体，所述下筒体内壁上设置有绝缘件。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明适用于颗粒堆积床内单相和两相工质流动传热特性研究的实验装置，降低实验参数测试、结构简单，测量过程简单且实验装置和实验结果的可靠性高，满足高温、高压和较大电加热功率条件下颗粒堆积床流动传热研究实验的需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图。

图2是本发明的实施例5的结构示意图。

图3是本发明的陶瓷流道定位结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1、紧固件，2、法兰盘，3、导电板，4、导电盘，5、绝缘垫片，6、导流件，7、定位弹簧，8、引压管座，9、导电管，10、流道管，11、上导电接头，12、下导电接头，13、软铜连接件，14、导电棒，15、压块，16、铜排，17、冷却组件，18、螺纹端盖，19、绝缘件，20、下筒体，21、进口下法兰，22、接管，23、进口上法兰，24、上筒体，25、出口法兰，26、排气孔，27、环形测压沟槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示的颗粒堆积床流动传热研究实验装置，包括流道组件、套接在流道组件外的承压组件、设置在流道组件内的加热组件，加热组件可采用直流电源直接加热；还包括用于对加热组件壁温进行测量的温度测量装置；在流道组件和承压组件的对应处均设置多个压力测量孔且多个压力测量孔设置在流道组件的不同高度位置处，以便于压力测量装置的设置，便于压力的测量。

实施例2

本实施例在上述实施例的基础上对各部件做了细化和优化，譬如加热组件可采用如下结构，即包括成板肋式的导电管9和设置在导电管9两端的导电部件。采用该结构的加热组件，温度测量装置即测量导电管的管束壁温。

加热组件采用该结构时，温度测量装置设置在导电管9内。优选的，温度测量装置可采用较小直径的测温热电偶。

导电部件包括设置在导电管上端的导电部件和设置在导电管下端的导电部件。设置在导电管下端的导电部件可采用下述结构，即包括从上至下依次连接的导电接头、软铜连接件13和导电棒14。其中导电接头到导电棒14均可采用紫铜。导电棒14具体可采用内部开孔且设置外螺纹的结构，便于冷却组件的安装，防止其温度过高影响密封效果。

为了减小导电接头的热损失，导电接头包括连接在导电管上的上导电接头11和连接在上导电接头11与软铜连接件13之间且截面大于上导电接头11的下导电接头12。上导电接头上端开槽与导电管焊接，下端采用粗牙外螺纹结构；下导电接头上端内设粗牙内螺纹结构与上导电接头通过螺纹连接，有效的增大导电接头的导电面积，减小发热量。

设置在导电管上端的导电部件可采用下述结构，即包括导电板和设置在导电板3与导电管之间的导电盘4，所述导电板固定在承压组件上。为了便于流道内气体的排放，可在导电盘上设置排气孔26。

实施例3

如图3所示，本实施例在上述任一实施例的基础上对各部件做了细化和优化，譬如流道组件可采用如下结构，即流道组件包括同心且上下设置的导流件6和流道管10，所述流道管10和导流件6之间设置有定位弹簧7。

为了提高温度测量的可靠性，所述流道管的流道截面成正六边形。

所述流道管10的外壁上与压力测量孔位置对应处设置有环形测压沟槽27，还可在承压组件上的对应处焊接引压管座8。

实施例4

本实施例在上述任一实施例的基础上对各部件做了细化和优化，譬如承压组件可采用如下结构，即包括设置在流道组件上端的出口法兰25、用于封装流道组件的上筒体24、设置在流道组件下端的进口法兰和用于封装部分加热组件的下筒体20，所述下筒体20内壁上设置有绝缘件19。分别在出口法兰25和进口法兰上焊接接管22，以实现与流道回路的连接。

进口法兰可设置为相互连接的进口上法兰23和进口下法兰21结构。

实施例5

如图2所示，本实施例在上述任一实施例的基础上公开一组具体实施方式，即流道管的流道截面成正六边形，导电管9采用不锈钢细管径，采用厚管壁结构，其厚度大于1.5mm，便于外管壁肋片加工，如图2所示，采用19根导电管呈正三角排列并与流道管的流道内壁匹配。

导流件内部与流道管的流道截面结构相同。

下文对颗粒堆积床流动传热研究实验装置的加工与装配做详细说明。

1）导电管9两端分别与导电盘4和上导电接头11采用银钎焊方式焊接，构成组装件1；

2）铜软连接件13两端分别与下导电接头12和导电棒14采用银钎焊方式焊接，构成组装件2；

3）上筒体24分别与进口上法兰24和出口下法兰25焊接后，再进行扩孔加工，构成组装件3；

4）进口下法兰21与下筒体20焊接，构成组装件4；

5）流道组件的流道管10、定位弹簧7和导流件6依次装入组装件3；

6）组装件1装入流道组件内；

7）法兰盘2、导电板3、导电盘4、绝缘垫片5和出口法兰25通过紧固件1实现密封和绝缘；

8）上导电接头11与下导电接头12采用螺纹结构连接；

9）绝缘件19置于组装件4内，进口上法兰23、进口下法兰21和绝缘垫片5通过紧固件1实现密封和绝缘；

10）导电棒14与下筒体20密封通过螺纹端盖18压紧压块15、O环和垫圈实现；

11）导电棒14与铜排16通过螺栓紧固件实现压紧组装；

12）导电棒14端部安装冷却组件17。

该实验装置上筒体两端分别与进口上法兰和出口下法兰焊接后，在进行扩孔加工，保证了承压组件内圆通道的直线度；承压组件内径与陶瓷流道外圆尺寸配做，彻底解决了流道旁流和绝缘问题。其结构简单可靠、密封绝缘性能良好、组装拆卸便利，满足高温、高压和较大电加热功率条件下颗粒堆积床流动传热研究实验的需求。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。