(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210892548.6 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 河北水利电力学院 地址 061000 河北省沧州市运河区黄河西 路49号 (72)发明人 李树谦　侯娜娜　周晴晴　杨海娇　 冯连元　郭萌　 (74)专利代理 机构 北京鑫瑞森知识产权代理有 限公司 1 1961 专利代理师 王立普 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) G01M 10/00(2006.01) (54)发明名称 微细通道内不凝气接触冷水凝结的装置及 流型识别方法 (57)摘要 本发明涉及一种微细通道内不凝气接触冷 水凝结的装置及流型识别方法， 包括过冷水供水 系统、 蒸汽发生系统、 不凝气供应系统、 数据采集 系统、 可视化实验段、 补水箱、 补水泵、 连接管和 第一恒温水浴锅和第二恒温水浴锅， 通过冷水供 水系统、 蒸汽发生系统、 不凝气供应系统、 补水 箱、 补水泵、 连接管和第一恒温水浴锅和第二恒 温水浴锅产生含不凝气的饱和水蒸汽和冷水， 将 冷水和含不凝气的饱和水蒸汽传输至可视化实 验段进行直接接触， 利用数据采集系统获取接触 时的图像和压力、 温度数据进行处理。 本发明通 过可视化图像及压力数据分析途径建立流型识 别方法， 进一步研究微细通道内含有不凝气直接 接触冷水凝结过程中不凝气含量对传热恶化的 影响程度奠定 基础。 权利要求书2页 说明书8页 附图5页 CN 115183819 A 2022.10.14 CN 115183819 A 1.一种微细通道内不凝气接触冷水凝结的装置， 其特 征在于， 包括： 过冷水供水系统、 蒸汽发生系统、 不凝气供应系统、 数据采集系统、 可视化实验段、 补水 箱、 补水泵、 连接管和第一恒温水浴锅和第二恒温水浴锅、 ； 所述过冷水 供水系统包括： 电磁阀、 蠕动泵和过冷水回收装置； 所述蒸汽发生系统包括： 双柱塞 泵、 蒸汽发生器和伴热 带及岩棉保温装置； 所述不凝气供应系统包括： 空气 气瓶、 减压阀、 质量 流量计； 数据采集系统包括： 计算机、 高速摄像机、 NI采集器、 第一高频微压传感器、 第二高频微 压传感器、 第三高频微压传感器和温度传感器； 可视化试验段包括： T型 管； 所述补水箱和所述补水泵一端连接， 所述补水泵另一端通过所述连接管分别与所述第 一恒温水浴锅一端和所述第二恒温水浴锅一端连接， 所述补水泵用于将所述补水箱内的去 离子水补充到所述第一恒温水浴锅中； 所述第一恒温水浴锅另一端与所述电磁阀、 蠕动泵、 T型管左端和过冷水回收装置依次连接， 所述电磁阀、 蠕动泵用于将所述第一恒温水浴锅中 的冷水送至T型 管进行反应， 反应完成流入所述冷水回收装置； 所述第二恒温水浴锅另一端与 所述双柱塞泵、 蒸汽发生器和T型管上端依次连接， 所述 双柱塞泵用于控制所述第二恒温水浴锅中的去离子水输送到所述蒸汽发生器， 并将产生的 饱和水蒸气传输至所述T型管中进行反应； 所述伴热带及岩棉保温装置设置所述蒸汽发生 器及T型管之间连接管路， 用于对所述蒸汽发生器及T型 管之间连接管路进行保温； 所述空气气瓶、 减压阀和质量流量计依次连接到所述蒸汽发生器和所述双柱塞泵之间 的连接管上， 所述减压阀和质量流量计用于将所述空气气瓶中的空气与去离子水混合， 送 入所述蒸汽发生器； 所述T型管水平主管内径小于1.5m m， 竖直主管内径小于1m m； 所述第一高频微压传感器设置在所述竖直主管底部， 所述第 一高频微压传感器用于监 测气液两相变化区域的压力波动， 所述第二高频微压传感器和所述第三高频微压传感器分 别设置在竖直主 管中部及下部， 所述第二高频微压传感器和所述第三高频微压传感器用于 监测含有不凝气的饱和水蒸汽在竖直主管流动过程中压力的变化； 所述温度传感器设置有 2个， 分别设置在所述水平主管的两侧， 用于过冷水温度的监测； 所述NI采集器通过数据线 与所述第一高频微压传感器、 第二高频微压传感器、 第三高频微压传感器和温度传感器连 接， 用于采集压力和温度数据， 并传输到所述计算机； 所述高速摄像机用于拍摄不同过冷水 温度和流量、 不凝气含量及蒸汽流量等工况下气液两相界面在时间和空间上 的演变过程， 并上传至所述计算机 。 2.根据权利要求1所述的冷水凝结的装置， 其特 征在于， 还 包括： 光源和智能闭环控制系统； 所述光源为LED背光灯， 所述LED背光灯固定在所述T型管的正后方， 用于为所述高速摄 像机提供光源； 所述智能闭环控制系统由控制软件组成， 用于对装置的器件及温度设定进行自动控 制。 3.根据权利要求1所述的冷水凝结的装置， 其特 征在于， 还 包括： 所述T型管由透明石英玻璃制成；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115183819 A 2所述水平主管内流动工质为过冷水， 所述竖直主管内流动工质为饱和蒸汽和不凝气。 4.根据权利要求1所述的冷水凝结的装置， 其特 征在于， 还 包括： 所述第一恒温水浴锅和所述第 二恒温水浴锅内置分别设有温度控制模块， 用于实现温 度调节。 5.根据权利要求1所述的冷水凝结的装置， 其特 征在于， 还 包括： 所述双柱塞 泵、 蒸汽发生器及T型 管之间连接管路材质为聚醚 醚酮。 6.一种应用于微细通道内不凝气接触冷水凝结装置的流型识别方法， 其特征在于， 包 括以下步骤： S1： 含有不凝气的饱和水蒸气和冷水在T型 管直接接触； S2： 高速摄像机对微通道内含有不凝气的直接接触冷水凝结气液两相流动进行可视化 图像拍摄， 获得原 始拍摄图像； S3： 数据N I采集器对气液两相流动过程中温度及压力变化进行同步数据采集； S4： 应用MATLAB 软件将原始拍摄图像进行二值化、 取反、 填充、 去噪处理， 得到含有不凝 气的气液两相区像素点个数、 所述水平主管及所述竖直主管内气柱像素点个数； S5： 根据已知实际物体尺寸为基准计算出单个白色像素点对应的实际尺寸大小， 进而 得到含有不凝气的气液两相区面积、 所述水平主管及所述竖直主管内气柱长度； S6： 通过ImageJ软件捕捉含有不凝气的气液流动区域边界， 并假设主管下侧内壁为高 度零点， 得到相界面 最低点坐标， 并以同样方法获取主管长度、 主管 下侧内壁 坐标； S7： 通过已知的实际长度与单位像素的比例系数得到实际的相界面高度， 从而得到气 液相界面速度； S8： 改变压力、 蒸汽、 过冷水及不凝气流量得到不同条件下流型演变规律及其与各流体 物理参数间的定量关系。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115183819 A 3