【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及蒸汽喷射器，尤其涉及跨临界异质水蒸气试验设备及喷嘴优化的方法。
技术介绍
1、蒸汽喷射器是一种真空获得设备，能合理匹配蒸汽的压力等级，回收低品位蒸汽，提高蒸汽的利用效率。蒸汽喷射器主要由喷嘴、接受室、混合室、扩压室等几部分组成，蒸汽喷射器的工作原理是高压蒸汽通过喷嘴时产生高速气流，在喷嘴出口处产生低压区，在此区域将低压蒸汽吸入，高压蒸汽在膨胀的同时压缩低压蒸汽，用高压蒸汽的裕压提高低压蒸汽的品位，然后通过混合室进行良好混合，混合后的蒸汽再通过扩压室恢复部分压力，达到要求的蒸汽压力后供给用户。根据高、低压蒸汽的参数可以进行不同的结构设计，得到各种压力等级的蒸汽，满足不同用户的要求。
2、蒸汽喷射器的能量传递是依靠流体间的相互混合、摩擦和撞击来实现的，其内部流动情况非常复杂，常常伴随着激波、壅塞和相变流动等特殊流动现象。当蒸汽在超音速流动的急剧降温作用下，会发生非平衡凝结现象，所产生的凝结液一部分会在混合室入口处汇聚成许多大尺寸的珠状液滴，并随着引射蒸汽来流的阻碍作用，滴液将在混合室入口附近产生局部堆积，造成积液现象。积水区的产生，将会减小引射蒸汽的流通面积，降低其质量流量，最终导致蒸汽喷射器引射性能的下降。为此，申请公布日为2023.10.20、申请公布号为cn 116906378 a的中国专利技术专利公开了一种蒸汽喷射器及喷射方法，包括从左往右依次连通的接受室、混合室和扩压室；所述接受室入口端设有喷嘴，所述接受室下方设有引射流体通道；所述混合室包括渐缩段及连接于所述渐缩段右端的喉部段；所述渐缩段为中空圆
3、上述方案能有效改善解决现有蒸汽喷射器混合室入口处因积液导致引射性能下降等问题。但凝结现象仍在继续，不合理的设计及工质中的微小颗粒杂质在喷嘴处会产生非平衡凝结，凝结产生的液滴会侵蚀器壁，凝结也会降低后续吸进气体时的真空度，影响后续流出的工质的纯度。
技术实现思路
1、针对因蒸汽喷射器不合理设计及工质中的微小颗粒杂质凝结造成的损害蒸汽喷射器内壁，流出工质的纯度降低的技术问题，本专利技术提出跨临界异质水蒸气试验设备及喷嘴优化的方法。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：
3、跨临界异质水蒸气试验设备，包括依次连接的蒸汽发生器、定压阀门及减温减压器，所述减温减压器的出口间歇性连通有水蒸气异质凝结测试单元，所述水蒸气异质凝结测试单元包括依次连接的质量流量计、异质粒子添加装置、可透光的喷管和水蒸气罐，所述喷管连接有温度测量模块、密度测量模块、压力测量模块及湿度测量模块。
4、蒸汽发生器产生的水蒸气经过定压阀门后输出为稳定压力的水蒸气，减温减压器再将水蒸气的压力及温度降低至合适的使用范围内，来模拟蒸汽喷射器入口处的高压水蒸气。异质粒子添加装置在高压水蒸气的流动过程中加入纳米颗粒，来模拟喷嘴处的工况，由于压力差水蒸气从减温减压器流向水蒸气罐，异质粒子添加装置喷射纳米颗粒进入主管道与水蒸气进行混合，并在喷管内发生水蒸气异质非平衡凝结。通过质量流量计记录水蒸气的流速，通过减温减压器改变喷管进口处水蒸气的压力和温度，通过压力测量模块测量凝结时的压力，通过密度测量模块测量凝结液滴的尺寸、凝结液滴的位置，通过湿度测量模块测量凝结的效率，依次改变以下试验参数来模拟不同的工况：进口压力、进口温度、喷管的尺寸及水蒸气的流速，改变任一参数时，控制其他所有参数不变，依次固定测量分析水蒸气异质凝结的特性，通过湿度数据判断异质凝结的发生程度，记录测得的湿度最低时所采用的喷管尺寸，根据测试得到的湿度最低时所采用的喷管尺寸数据，对喷嘴的尺寸进行设计优化。
5、本试验设备模拟蒸汽喷射器中喷嘴的工况条件，设计了考虑水蒸气中存在纳米级不溶性颗粒时的试验设备，依次设置不同的工况、不同的喷管尺寸和结构，通过对湿度进行试验测量，得到可靠准确的实验数据，可以为后续蒸汽喷射器的喷嘴设计提供数据支持。
6、进一步地，所述水蒸气异质凝结测试单元的外壁均设置有保温材料。所述质量流量计至水蒸气罐之间均设置有保温材料，以防止热量散失。
7、进一步地，所述异质粒子添加装置为颗粒喷射泵，所述颗粒喷射泵的进口依次连接有流量计、控制阀和纳米颗粒储气罐、出口与所述喷管连接。颗粒喷射泵包括依次连通的流体腔、动力喷嘴、吸气腔、混合腔及混合腔出口端，所述流体腔、混合腔出口端分别连接在试验设备的主管路上，吸气腔连接流量计和纳米颗粒储气罐，主管路上高速流动的水蒸气流经流体腔后，在动力喷嘴处喷射形成负压，将纳米颗粒储气罐中的纳米颗粒吸入吸气腔，并在混合腔内完成水蒸气和纳米颗粒的混合，混合流体再流经混合腔出口端进入喷管，并在喷管内发生非平衡凝结。
8、进一步地，所述喷管包括上下对称的弧形面板，弧形面板左右连接有透光面板，喷管沿水蒸气流动方向的截面形状为矩形，矩形的面积先逐渐缩小再逐渐扩大。上下对称的弧形面板和左右两侧的透光面板密封连接围成先收缩再扩张的混合水蒸气流动通道，喷管的两端设置端盖或直接与混合水蒸气流动的管道连接，混合水蒸气在喷管内体积发生膨胀，进而发生水蒸气异质非平衡凝结。喷管的截面为方形，两侧的透光面板均可透光。
9、进一步地，所述温度测量模块包括与喷管的出口连接的温度压力传感器，温度压力传感器还可测量喷管出口的压力。通过温度压力传感器测量喷管出口温度和压力，辅助判断凝结时的温度，测得的出口压力值与减温减压器的输出压力值对比，判断凝结的进度，当测得的出口压力与减温减压器的输出压力值趋于一致时，当前工况下的凝结测试结束。
10、进一步地，所述喷管包括两端的扩张部和中间的收缩部，所述压力测量模块设置有多个，各压力测量模块均匀连接在收缩部的弧形面板上。混合水蒸气在扩张部和收缩部分别处于不同的压力状态，便于水蒸气达到跨临界状态，从而出现凝结现象。所述压力测量模块测量的是喷管内水蒸气异质凝结时的各离散点的压力，在喷管的上下弧形面板上设置间隔均匀的连接孔，压力测量模块通过所述连接孔可拆卸连接在喷管内，连接孔的数量可以大于压力测量模块的数量，根据试验需要压力测量模块可以挪动位置，没有使用的连接孔应保持密封，密封方式可以是使用螺栓或保温材料，各压力测量模块的测量范围应大于水蒸气异质凝结发生的位置，保证测量结果的全面性和准确性
11、进一步地，所述密度测量模块通过剪切干涉法测量凝结液滴的位置、尺寸及增长数据，密度测量模块与所述喷管连接、测量方向与所述透光面板垂直。密度测量模块包括依次连接在所述喷管一侧的激光发射器、激光衰减器、扩束器、准直透镜，所述激光发射方向垂直于喷管内混合水蒸气的流动方向；所述喷管另一侧依次连接有50%分束器、反射镜及相机，所述50%分束器和反射镜成对设置。所述激光发射器、激光衰减器、扩束器、准直透镜依次连接于喷管的左侧，所述50%分束器 、反本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.跨临界异质水蒸气试验设备，其特征在于，包括依次连接的蒸汽发生器（1）、定压阀门（2）及减温减压器（3），所述减温减压器（3）的出口间歇性连通有水蒸气异质凝结测试单元，所述水蒸气异质凝结测试单元包括依次连接的质量流量计（5）、异质粒子添加装置（6）、可透光的喷管（7）和水蒸气罐（12），所述喷管（7）连接有温度测量模块、密度测量模块（8）、压力测量模块（9）及湿度测量模块（10）。
2.根据权利要求1所述的跨临界均质水蒸气试验设备，其特征在于，所述水蒸气异质凝结测试单元的外壁均设置有保温材料。
3.根据权利要求1所述的跨临界异质水蒸气试验设备，其特征在于，所述异质粒子添加装置（6）为颗粒喷射泵，所述颗粒喷射泵的进口依次连接有流量计、控制阀和纳米颗粒储气罐、出口与所述喷管（7）连接。
4.根据权利要求1所述的跨临界异质水蒸气试验设备，其特征在于，所述喷管（7）包括上下对称的弧形面板（702），弧形面板（702）左右连接有透光面板（701），喷管（7）沿水蒸气流动方向的截面形状为矩形，矩形的面积先逐渐缩小再逐渐扩大。
5.根据权利要求
6.根据权利要求4所述的跨临界异质水蒸气试验设备，其特征在于，所述喷管（7）包括两端的扩张部和中间的收缩部，所述压力测量模块（9）设置有多个，各压力测量模块（9）均匀连接在收缩部的弧形面板（702）上。
7.根据权利要求4所述的跨临界异质水蒸气试验设备，其特征在于，所述密度测量模块（8）通过剪切干涉法测量凝结液滴的位置、尺寸及增长数据，密度测量模块（8）与所述喷管（7）连接、测量方向与所述透光面板（701）垂直。
8.根据权利要求1所述的跨临界异质水蒸气试验设备，其特征在于，所述湿度测量模块（10）通过消光法测量凝结液滴的直径和数量，湿度测量模块（10）设置在密度测量模块（8）和喷管（7）的出口之间，湿度测量模块（10）设置在滑动机构上，滑动机构的滑动方向与喷管（7）平行，喷管（7）的出口连接有用于清理所述水蒸气异质凝结测试单元的真空泵（17）。
9.一种蒸汽喷射器中喷嘴优化的方法，其特征在于，使用权利要求1-8任一项所述的跨临界异质水蒸气试验设备，步骤如下：
10.根据权利要求9所述的蒸汽喷射器中喷嘴优化的方法，其特征在于，所述水蒸气异质凝结测试单元通过单一变量法测量湿度和密度，每次试验均测量凝结液滴的位置、液滴的尺寸及液滴的增长，并通过滑动机构依次固定测量5-8个点位的湿度数据。
...【技术特征摘要】
1.跨临界异质水蒸气试验设备，其特征在于，包括依次连接的蒸汽发生器（1）、定压阀门（2）及减温减压器（3），所述减温减压器（3）的出口间歇性连通有水蒸气异质凝结测试单元，所述水蒸气异质凝结测试单元包括依次连接的质量流量计（5）、异质粒子添加装置（6）、可透光的喷管（7）和水蒸气罐（12），所述喷管（7）连接有温度测量模块、密度测量模块（8）、压力测量模块（9）及湿度测量模块（10）。
2.根据权利要求1所述的跨临界均质水蒸气试验设备，其特征在于，所述水蒸气异质凝结测试单元的外壁均设置有保温材料。
3.根据权利要求1所述的跨临界异质水蒸气试验设备，其特征在于，所述异质粒子添加装置（6）为颗粒喷射泵，所述颗粒喷射泵的进口依次连接有流量计、控制阀和纳米颗粒储气罐、出口与所述喷管（7）连接。
4.根据权利要求1所述的跨临界异质水蒸气试验设备，其特征在于，所述喷管（7）包括上下对称的弧形面板（702），弧形面板（702）左右连接有透光面板（701），喷管（7）沿水蒸气流动方向的截面形状为矩形，矩形的面积先逐渐缩小再逐渐扩大。
5.根据权利要求1所述的跨临界异质水蒸气试验设备，其特征在于，所述温度测量模块包括与喷管（7）的出口连接的温度压力传感器（13），温度压力传感器（13）还可测量喷管（7）出口的压力。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：张国杰，杨浩，靳遵龙，张慧杰，陈佳恒，叶建明，王定标，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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