本發(fā)明屬于深冷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于測試超臨界低溫流體在熱交換器內(nèi)傳熱與流動的熱工性能的雙介質(zhì)超臨界低溫?zé)峁ば阅軠y試平臺。

背景技術(shù)：

隨著人們對超臨界流體的認(rèn)識越來越深入，不僅其萃取得到廣泛應(yīng)用，其傳熱也在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。如在LNG領(lǐng)域中LNG在氣化器內(nèi)的氣化、在超臨界空氣儲能系統(tǒng)中空氣的液化和氣化、在發(fā)電領(lǐng)域中的超臨界水堆、在航空航天冷域中超臨界碳?xì)淙剂显诤娇瞻l(fā)動機(jī)主動冷卻等。

在這些應(yīng)用中，尤其是低溫LNG領(lǐng)域、超界界空氣儲能系統(tǒng)，其核心技術(shù)無不是超臨界低溫介質(zhì)在熱交換器內(nèi)的氣化傳熱，然而用于支撐理論研究的超臨界低溫流體傳熱與流動特性測試平臺缺乏，急需要一套完善的測試平臺。

圖1所示為目前已知的一套低溫?zé)峁ば阅軠y試平臺，其主要由水循環(huán)系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)組成。其水循環(huán)系統(tǒng)由開式水箱11a、循環(huán)泵12a、閥門、第二流量計(jì)13a、溫度傳感器和壓力傳感器等組成，其低溫系統(tǒng)由低溫罐車1a、開關(guān)閥門、第一流量計(jì)3a、試驗(yàn)樣機(jī)16a、空浴式氣化器2a等組成。

其檢測時(shí)，通過低溫罐車1a自帶的空浴式氣化器2a來提高罐內(nèi)壓力，低溫罐車1a內(nèi)的低溫介質(zhì)從罐底部的出液口流出，經(jīng)輸送管道進(jìn)入測試樣機(jī)16a內(nèi)，在測試樣機(jī)16a內(nèi)吸收熱量相變成氣體排出系統(tǒng)；介質(zhì)水從水箱11a內(nèi)流出，通過循環(huán)泵12a輸送至測試樣機(jī)16a內(nèi)，釋放熱量后回到水箱11a，在水箱11a內(nèi)通過電加熱器10a補(bǔ)充熱量以維持水溫穩(wěn)定。測試過程中，分別記錄兩側(cè)的溫度傳感器4a、溫度傳感器6a、溫度傳感器9a、溫度傳感器14a、壓力傳感器5a、壓力傳感器7a、壓力傳感器8a、壓力傳感器15a、第一流量計(jì)3a、第二流量計(jì)13a的測量數(shù)據(jù)，通過對測量數(shù)據(jù)分析得到測試樣機(jī)16a的熱工性能。

然而該低溫?zé)峁ば阅軠y試平臺存在許多不足之處。如冷側(cè)試驗(yàn)壓力靠罐車內(nèi)的氣化器提供，其試驗(yàn)壓力達(dá)不到超臨界態(tài)；其低溫介質(zhì)靠罐車低溫儲罐的壓力來輸送，不具備流量的調(diào)節(jié)功能；熱側(cè)為開式水循環(huán)，只能提供一種試驗(yàn)介質(zhì)，且試驗(yàn)溫度只能介于常溫至100℃之間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種雙介質(zhì)超臨界低溫?zé)峁ば阅軠y試平臺。

為了解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種雙介質(zhì)超臨界低溫?zé)峁ば阅軠y試平臺，包括如下組成部分：

低溫回路，所述低溫回路中設(shè)有用于容納低溫試驗(yàn)介質(zhì)的低溫回路儲罐，低溫回路儲罐的底部出口端通過進(jìn)液管道與提供超臨界試驗(yàn)壓力的往復(fù)式柱塞泵相連接，所述柱塞泵的出口管道與兩個(gè)并聯(lián)排布的測試樣機(jī)即第一測試樣機(jī)和第二測試樣機(jī)的冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端分別相連；所述第一測試樣機(jī)和第二測試樣機(jī)的冷側(cè)介質(zhì)通道出口端與控壓排放裝置相連接；所述低溫回路在進(jìn)出第一測試樣機(jī)和第二測試樣機(jī)的接頭處均設(shè)置有溫度傳感器和壓力傳感器，且所述低溫回路上還設(shè)置有低溫回路流量計(jì)和用于切斷啟閉管道的閥門；

高溫回路，所述高溫回路中設(shè)有用于容納高溫介質(zhì)的高溫回路儲罐，所述高溫回路儲罐與所述第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道之間設(shè)置有高溫介質(zhì)循環(huán)管道，所述高溫介質(zhì)循環(huán)管道上設(shè)置有高溫循環(huán)泵，且所述高溫介質(zhì)循環(huán)管道上在進(jìn)出第一測試樣機(jī)的接頭處均設(shè)置有溫度傳感器和壓力傳感器，且所述高溫介質(zhì)循環(huán)管道上還設(shè)置有高溫回路流量計(jì)和用于切斷啟閉管道的閥門；

乙二醇回路，所述乙二醇回路中設(shè)有乙二醇儲罐，所述乙二醇儲罐與所述第二測試樣機(jī)的熱側(cè)介質(zhì)通道之間設(shè)置有乙二醇循環(huán)管道，所述乙二醇循環(huán)管道上設(shè)置有乙二醇循環(huán)泵，所述乙二醇循環(huán)管道在進(jìn)出第二測試樣機(jī)的接頭處均設(shè)置有溫度傳感器和壓力傳感器，且所述乙二醇循環(huán)管道上還設(shè)置有乙二醇回路流量計(jì)和用于切斷啟閉管道的閥門。

優(yōu)選的，所述柱塞泵與所述低溫回路儲罐之間還設(shè)置有回氣管道，所述回氣管道與所述低溫回路儲罐的上端相連接，且所述回氣管道上設(shè)置有回氣閥。

優(yōu)選的，所述低溫回路流量計(jì)設(shè)置在所述柱塞泵與兩個(gè)并聯(lián)排布的測試樣機(jī)之間的管道上，且所述柱塞泵與所述低溫回路流量計(jì)之間設(shè)置有阻尼器。

優(yōu)選的，所述控壓排放裝置包括與兩個(gè)并聯(lián)排布的測試樣機(jī)串接的緩沖罐，所述緩沖罐的頂部設(shè)置有背壓閥和安全閥，所述緩沖罐的底部設(shè)置有排污閥。

優(yōu)選的，所述高溫回路儲罐的頂部設(shè)置有充壓閥；所述高溫回路儲罐的底部與所述高溫循環(huán)泵的進(jìn)口端相連接，所述高溫循環(huán)泵的出口端與第一測試樣機(jī)的熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端之間串設(shè)有高溫回路加熱器；所述第一測試樣機(jī)的熱側(cè)介質(zhì)通道出口端的連接管道上設(shè)置有高溫回路流量計(jì)，所述高溫回路流量計(jì)的出口端與所述高溫循環(huán)泵的進(jìn)口端相連接；所述高溫循環(huán)泵、高溫回路加熱器、第一測試樣機(jī)的熱側(cè)介質(zhì)通道、高溫回路流量計(jì)構(gòu)成高溫介質(zhì)循環(huán)回路。

優(yōu)選的，所述高溫回路加熱器的出口端還通過高溫介質(zhì)返流管道與所述高溫回路儲罐的上部相連接；所述高溫回路流量計(jì)與所述高溫循環(huán)泵的進(jìn)口端相連接的管道上以及所述高溫介質(zhì)返流管道上均設(shè)置有高溫切換閥。

作為本發(fā)明的一種測試方案，當(dāng)選擇高溫回路與低溫回路進(jìn)行熱工性能測試時(shí)，高溫回路中的高溫介質(zhì)溫度介于常溫與350℃之間，且測試方法如下：

對于低溫回路，關(guān)閉低溫回路與第二測試樣機(jī)相連接的閥門，開啟低溫回路與第一測試樣機(jī)相連接的閥門；使所述低溫回路儲罐處于0.1～0.8MPa的低壓狀態(tài)，此時(shí)低溫回路儲罐的底部為液態(tài)氮，頂部為低溫飽和氮?dú)?；低溫回路儲罐?nèi)的液氮在重力作用下從所述進(jìn)液管道進(jìn)入所述柱塞泵，通過所述柱塞泵增壓至超臨界壓力后經(jīng)止回閥、低溫回路流量計(jì)、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端切換閥、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器進(jìn)入第一測試樣機(jī)的冷側(cè)介質(zhì)通道中吸收高溫介質(zhì)釋放的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界氣態(tài)，然后繼續(xù)吸熱升溫至常溫，再依次經(jīng)第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端切換閥進(jìn)入控壓排放裝置中的緩沖罐，最后經(jīng)緩沖罐頂部的背壓閥排出；

對于高溫回路，關(guān)閉所述高溫介質(zhì)返流管道上的第二高溫切換閥，打開所述高溫回路流量計(jì)與所述高溫循環(huán)泵進(jìn)口端之間的連接管道上的第一高溫切換閥；運(yùn)行前先將所述高溫回路儲罐及高溫回路中的管道及設(shè)備充滿水，并通過充壓閥將所述高溫回路儲罐充氮增壓至高于試驗(yàn)溫度下水的飽和蒸氣壓；水由所述高溫循環(huán)泵輸送至所述高溫回路加熱器并加熱至試驗(yàn)溫度，經(jīng)第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器、第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器進(jìn)入第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道釋放熱量給第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道中的液氮，再經(jīng)第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器、第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器、高溫回路流量計(jì)、第一高溫切換閥回到所述高溫循環(huán)泵入口；

在上述測試過程中，通過測控軟件記錄第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器、第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器、第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器、第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器、第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器、低溫回路流量計(jì)、高溫回路流量計(jì)的測量數(shù)據(jù)，通過對測量數(shù)據(jù)的分析得到超臨界氮在第一測試樣機(jī)內(nèi)傳熱與流動的熱工性能。

優(yōu)選的，所述乙二醇儲罐的底部與所述乙二醇循環(huán)泵的進(jìn)口端相連接，所述乙二醇循環(huán)泵的出口端與第二測試樣機(jī)的熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端之間串設(shè)有乙二醇回路流量計(jì)；所述乙二醇回路中還設(shè)置有乙二醇回路加熱器；所述乙二醇回路加熱器與第二測試樣機(jī)并聯(lián)設(shè)置，所述第二測試樣機(jī)的熱側(cè)介質(zhì)通道出口端以及所述乙二醇回路加熱器的出口端通過乙二醇返流管道相連接，且所述乙二醇返流管道與所述乙二醇儲罐的上部相連接；所述乙二醇儲罐、乙二醇循環(huán)泵、乙二醇回路加熱器、第二測試樣機(jī)的熱側(cè)介質(zhì)通道、乙二醇回路流量計(jì)構(gòu)成乙二醇循環(huán)回路。

作為本發(fā)明的另一種測試方案，當(dāng)選擇乙二醇回路與低溫回路進(jìn)行熱工性能測試時(shí)，乙二醇溫度既可低于常溫，又能高于常溫，介于-50～100℃之間，且測試方法如下：

對于低溫回路，關(guān)閉低溫回路與第一測試樣機(jī)相連接的閥門，開啟低溫回路與第二測試樣機(jī)相連接的閥門；使所述低溫回路儲罐處于0.1～0.8MPa的低壓狀態(tài)，此時(shí)低溫回路儲罐的底部為液態(tài)氮，頂部為低溫飽和氮?dú)猓坏蜏鼗芈穬迌?nèi)的液氮在重力作用下從所述進(jìn)液管道進(jìn)入所述柱塞泵，通過所述柱塞泵增壓至超臨界壓力后經(jīng)止回閥、低溫回路流量計(jì)、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端切換閥、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器進(jìn)入第二測試樣機(jī)的冷側(cè)介質(zhì)通道中吸收乙二醇釋放的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界氣態(tài)，然后繼續(xù)吸熱升溫至常溫，再依次經(jīng)第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端切換閥進(jìn)入控壓排放裝置中的緩沖罐，最后經(jīng)緩沖罐頂部的背壓閥排出；

對于乙二醇回路，當(dāng)乙二醇回路試驗(yàn)溫度低于常溫時(shí)，試驗(yàn)前首先關(guān)閉所述乙二醇回路加熱器所在的支路閥門，乙二醇從所述乙二醇儲罐底部進(jìn)入所述乙二醇循環(huán)泵，經(jīng)第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端閥門、乙二醇回路流量計(jì)、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器進(jìn)入第二測試樣機(jī)吸收第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道中的液氮冷量降溫至試驗(yàn)所需要的溫度，再經(jīng)第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器回到所述乙二醇儲罐；

對于乙二醇回路，當(dāng)乙二醇回路試驗(yàn)溫度高于常溫時(shí)，試驗(yàn)前首先關(guān)閉第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端閥門，乙二醇從所述乙二醇儲罐底部進(jìn)入所述乙二醇循環(huán)泵，經(jīng)支路閥門進(jìn)入乙二醇回路加熱器加熱至試驗(yàn)所需要的溫度，再回到所述乙二醇儲罐；

對于乙二醇回路，不管試驗(yàn)溫度高于常溫還是低于常溫，測試過程中，通過調(diào)節(jié)第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端閥門和支路閥門的開度,使得部分乙二醇通過支路閥門進(jìn)入乙二醇回路加熱器進(jìn)行加熱，部分乙二醇經(jīng)第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端閥門、乙二醇回路流量計(jì)、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器進(jìn)入第二測試樣機(jī)釋放熱量給第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道中的液氮；在此過程中，調(diào)節(jié)乙二醇回路加熱器的加熱功率與第二測試樣機(jī)的換熱功率相等，以維持乙二醇回路系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定；

在上述測試過程中，通過測控軟件記錄第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器、低溫回路流量計(jì)、乙二醇回路流量計(jì)的測量數(shù)據(jù)，通過對測量數(shù)據(jù)的分析得到超臨界氮在第二測試樣機(jī)內(nèi)傳熱與流動的熱工性能。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)本發(fā)明中采用多回路結(jié)構(gòu)，其中熱側(cè)介質(zhì)分為高溫回路和乙二醇回路，從而本發(fā)明中的技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)低溫介質(zhì)分別與高溫水、乙二醇兩種介質(zhì)換熱的熱工性能測試，從而大大擴(kuò)展了超臨界低溫介質(zhì)的測試范圍。本發(fā)明中的所述低溫介質(zhì)包括但不限于液氮、液氧、液氬、液化天然氣等。

2)本發(fā)明在低溫回路中設(shè)置有往復(fù)式柱塞泵，該泵的出口壓力高達(dá)20MPa，可為低溫介質(zhì)提供超臨界試驗(yàn)壓力。本發(fā)明還通過變頻電機(jī)驅(qū)動往復(fù)式柱塞泵，從而可實(shí)現(xiàn)低溫介質(zhì)流量在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。

3)本發(fā)明在低溫回路中設(shè)置有回氣管路，保證了進(jìn)入往復(fù)式柱塞泵的低溫介質(zhì)全為液態(tài)。

4)本發(fā)明在低溫回路中的柱塞泵后側(cè)設(shè)置阻尼器，阻尼器可以有效地吸收柱塞泵出口的壓力波動，保證低溫介質(zhì)在測試過程中的穩(wěn)定性；此外，本發(fā)明還在低溫回路中測試樣機(jī)的后側(cè)設(shè)置有緩沖罐，所述阻尼器和緩沖罐彼此配合，進(jìn)一步提高了整個(gè)測試平臺的穩(wěn)定性。

5)本發(fā)明在低溫回路中的緩沖罐頂部出口處設(shè)置有背壓閥，通過背壓閥調(diào)節(jié)整個(gè)測試平臺的試驗(yàn)壓力，背壓閥最高閥前壓力可達(dá)20MPa，以滿足不同低溫介質(zhì)的超臨界試驗(yàn)要求；此外，本發(fā)明還在低溫回路中的緩沖罐上設(shè)置有安全閥，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

6)本發(fā)明在高溫回路采用集束式加熱器加熱熱側(cè)介質(zhì)(所述熱側(cè)介質(zhì)即水)，通過調(diào)節(jié)集束式加熱器的功率可迅速準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道的進(jìn)口溫度，從而可以降低能耗，提高試驗(yàn)速度。本發(fā)明的高溫回路管路系統(tǒng)采用集束式加熱器與第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道相串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，即試驗(yàn)過程中熱側(cè)介質(zhì)從高溫循環(huán)泵出口經(jīng)集束式加熱器加熱，進(jìn)入第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道，經(jīng)換熱降溫后再進(jìn)入高溫回路流量計(jì)，再回到高溫循環(huán)泵入口的連接結(jié)構(gòu)。采用該循環(huán)方式進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，高溫回路儲罐內(nèi)的熱側(cè)介質(zhì)仍保持常溫狀態(tài)，只有高溫回路循環(huán)管道內(nèi)的熱側(cè)介質(zhì)被加熱并參與換熱，從而采用該方案即能節(jié)電降耗，又有利于提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

7)本發(fā)明中的乙二醇回路采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，其循環(huán)壓力不超過1MPa。乙二醇回路中的乙二醇溫度即能低于常溫，又能高于常溫，可提供-50～100℃的乙二醇進(jìn)行試驗(yàn)。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的低溫?zé)峁ば阅軠y試平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中的雙介質(zhì)超臨界低溫?zé)峁ば阅軠y試平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中的附圖標(biāo)記：

1a-低溫罐車 2a-空浴式氣化器 3a第一流量計(jì) 13a-第二流量計(jì)

4a/6a/9a/14a-溫度傳感器 5a/7a/8a/15a-壓力傳感器

10a-電加熱器 11a-水箱 12a-循環(huán)泵 16a-測試樣機(jī)

圖2中的附圖標(biāo)記：

1-低溫回路儲罐 2-出液閥 3-回氣閥 4-柱塞泵 5-阻尼器

6-止回閥 7-低溫回路流量計(jì) 8-第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端切換閥

9-第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器

10-第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器

11-第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器

12-第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器

13-高溫回路流量計(jì) 14/15-高溫切換閥 16-充壓閥

17-高溫回路儲罐 18-出水閥 19-高溫循環(huán)泵 20-高溫回路加熱器

21-第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器

22-第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器

23-第一測試樣機(jī)

24-第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器

25-第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器

26-第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端切換閥 27-背壓閥 28-安全閥

29-緩沖罐 30-排污閥

31-第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端切換閥

32-第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器

33-第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器

34-第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器

35-第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器

36-乙二醇回路流量計(jì) 37-第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端閥門

38-支路閥門 39-乙二醇回路加熱器

40-第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器

41-第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器

42-第二測試樣機(jī)

43-第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器

44-第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器

45-第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端切換閥

46-乙二醇循環(huán)泵 47-乙二醇儲罐

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本實(shí)施例中的低溫介質(zhì)為液氮，實(shí)施例以液氮在超臨界壓力下由超臨界液態(tài)轉(zhuǎn)變成超臨界氣態(tài)的傳熱與流動的熱工性能測試為例對本專利進(jìn)一步說明。

需要說明的是，本發(fā)明中的第一測試樣機(jī)和第二測試樣機(jī)僅以管殼式結(jié)構(gòu)示意，實(shí)際上測試樣機(jī)包括但不限于套管式換熱器、管殼式換熱器、板式換熱器等各種換熱器。

如圖2所示，一種雙介質(zhì)超臨界低溫?zé)峁ば阅軠y試平臺，包括如下組成部分：

1.低溫回路

低溫回路，所述低溫回路中設(shè)有用于容納低溫試驗(yàn)介質(zhì)的低溫回路儲罐1，低溫回路儲罐1的底部出口端通過進(jìn)液管道與提供超臨界試驗(yàn)壓力的往復(fù)式柱塞泵4相連接，所述柱塞泵4的出口管道與兩個(gè)并聯(lián)排布的測試樣機(jī)即第一測試樣機(jī)23和第二測試樣機(jī)42的冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端分別相連；所述第一測試樣機(jī)23和第二測試樣機(jī)42的冷側(cè)介質(zhì)通道出口端與控壓排放裝置相連接；所述低溫回路在進(jìn)出第一測試樣機(jī)23和第二測試樣機(jī)42的接頭處均設(shè)置有溫度傳感器和壓力傳感器，且所述低溫回路上還設(shè)置有低溫回路流量計(jì)7和用于切斷啟閉管道的閥門。

所述柱塞泵4與所述低溫回路儲罐1之間除設(shè)置有進(jìn)液管道外，還設(shè)置有回氣管道，所述回氣管道與所述低溫回路儲罐1的上端相連接，且所述進(jìn)液管道上設(shè)置有出液閥2，所述回氣管道上設(shè)置有回氣閥3。

所述低溫回路流量計(jì)7設(shè)置在所述柱塞泵4與兩個(gè)并聯(lián)排布的第一測試樣機(jī)23和第二測試樣機(jī)42之間的管道上，且所述柱塞泵4與所述低溫回路流量計(jì)7之間設(shè)置有阻尼器5。

所述控壓排放裝置包括與兩個(gè)并聯(lián)排布的測試樣機(jī)串接的緩沖罐29，所述緩沖罐29的頂部設(shè)置有背壓閥27和安全閥28，所述緩沖罐29的底部設(shè)置有排污閥30。

2.高溫回路

高溫回路，所述高溫回路中設(shè)有用于容納高溫介質(zhì)的高溫回路儲罐17，所述高溫回路儲罐17與所述第一測試樣機(jī)23熱側(cè)介質(zhì)通道之間設(shè)置有高溫介質(zhì)循環(huán)管道，所述高溫介質(zhì)循環(huán)管道上設(shè)置有高溫循環(huán)泵19，且所述高溫介質(zhì)循環(huán)管道上在進(jìn)出第一測試樣機(jī)23的接頭處均設(shè)置有溫度傳感器和壓力傳感器，且所述高溫介質(zhì)循環(huán)管道上還設(shè)置有高溫回路流量計(jì)13和用于切斷啟閉管道的閥門；

所述高溫回路儲罐17的頂部設(shè)置有充壓閥16；所述高溫回路儲罐17的底部與所述高溫循環(huán)泵19的進(jìn)口端相連接，所述高溫循環(huán)泵19的出口端與第一測試樣機(jī)23的熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端之間串設(shè)有高溫回路加熱器20；所述第一測試樣機(jī)23的熱側(cè)介質(zhì)通道出口端的連接管道上設(shè)置有高溫回路流量計(jì)13，所述高溫回路流量計(jì)13的出口端與所述高溫循環(huán)泵19的進(jìn)口端相連接；所述高溫循環(huán)泵19、高溫回路加熱器20、第一測試樣機(jī)23的熱側(cè)介質(zhì)通道、高溫回路流量計(jì)13構(gòu)成高溫介質(zhì)循環(huán)回路。

所述高溫回路加熱器20的出口端還通過高溫介質(zhì)返流管道與所述高溫回路儲罐17的上部相連接；所述高溫回路流量計(jì)13與所述高溫循環(huán)泵19的進(jìn)口端相連接的管道上設(shè)置有高溫切換閥14，所述高溫介質(zhì)返流管道上設(shè)置有高溫切換閥15。

3.乙二醇回路

乙二醇回路，所述乙二醇回路中設(shè)有乙二醇儲罐47，所述乙二醇儲罐47與所述第二測試樣機(jī)42的熱側(cè)介質(zhì)通道之間設(shè)置有乙二醇循環(huán)管道，所述乙二醇循環(huán)管道上設(shè)置有乙二醇循環(huán)泵46，所述乙二醇循環(huán)管道在進(jìn)出第二測試樣機(jī)42的接頭處均設(shè)置有溫度傳感器和壓力傳感器，且所述乙二醇循環(huán)管道上還設(shè)置有乙二醇回路流量計(jì)36和用于切斷啟閉管道的閥門。

所述乙二醇儲罐47的底部與所述乙二醇循環(huán)泵46的進(jìn)口端相連接，所述乙二醇循環(huán)泵46的出口端與第二測試樣機(jī)42的熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端之間串設(shè)有乙二醇回路流量計(jì)36；所述乙二醇回路中還設(shè)置有乙二醇回路加熱器39；所述乙二醇回路加熱器39與第二測試樣機(jī)42并聯(lián)設(shè)置，所述第二測試樣機(jī)42的熱側(cè)介質(zhì)通道出口端以及所述乙二醇回路加熱器39的出口端通過乙二醇返流管道相連接，且所述乙二醇返流管道與所述乙二醇儲罐47的上部相連接；所述乙二醇儲罐47、乙二醇循環(huán)泵46、乙二醇回路加熱器39、第二測試樣機(jī)23的熱側(cè)介質(zhì)通道、乙二醇回路流量計(jì)36構(gòu)成乙二醇循環(huán)回路。

4.高溫回路與低溫回路相配合時(shí)的低溫?zé)峁ば阅軠y試方法

當(dāng)選擇高溫回路與低溫回路進(jìn)行熱工性能測試時(shí)，高溫回路中的高溫介質(zhì)溫度介于常溫與350℃之間，且測試方法如下：

對于低溫回路，關(guān)閉低溫回路與第二測試樣機(jī)42相連接的閥門，開啟低溫回路與第一測試樣機(jī)23相連接的閥門；使所述低溫回路儲罐1處于0.1～0.8MPa的低壓狀態(tài)，此時(shí)低溫回路儲罐1的底部為液態(tài)氮，頂部為低溫飽和氮?dú)猓坏蜏鼗芈穬?內(nèi)的液氮在重力作用下從所述進(jìn)液管道進(jìn)入所述柱塞泵4，通過所述柱塞泵4增壓至超臨界壓力后經(jīng)止回閥6、低溫回路流量計(jì)7、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端切換閥8、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器9、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器10進(jìn)入第一測試樣機(jī)23的冷側(cè)介質(zhì)通道中吸收高溫介質(zhì)釋放的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界氣態(tài)，然后繼續(xù)吸熱升溫至常溫，再依次經(jīng)第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器24、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器25、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端切換閥26進(jìn)入控壓排放裝置中的緩沖罐29，最后經(jīng)緩沖罐29頂部的背壓閥27排出；

對于高溫回路，關(guān)閉所述高溫介質(zhì)返流管道上的第二高溫切換閥15，打開所述高溫回路流量計(jì)13與所述高溫循環(huán)泵19進(jìn)口端之間的連接管道上的第一高溫切換閥14；運(yùn)行前先將所述高溫回路儲罐17內(nèi)充滿水，并通過充壓閥16將所述高溫回路儲罐17充氮增壓至高于試驗(yàn)溫度下水的飽和蒸氣壓；水由所述高溫循環(huán)泵19輸送至所述高溫回路加熱器20并加熱至試驗(yàn)溫度，經(jīng)第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器21、第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器22進(jìn)入第一測試樣機(jī)23熱側(cè)介質(zhì)通道釋放熱量給第一測試樣機(jī)23冷側(cè)介質(zhì)通道中的液氮，再經(jīng)第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器11、第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器12、高溫回路流量計(jì)13、第一高溫切換閥14回到所述高溫循環(huán)泵19入口；

在上述測試過程中，通過測控軟件記錄第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器10、第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器11、第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器22、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器24、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器9、第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器12、第一測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器21、第一測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器25、低溫回路流量計(jì)7、高溫回路流量計(jì)13的測量數(shù)據(jù)，通過對測量數(shù)據(jù)的分析得到超臨界氮在第一測試樣機(jī)內(nèi)傳熱與流動的熱工性能。

5.乙二醇回路與低溫回路相配合時(shí)的低溫?zé)峁ば阅軠y試方法

當(dāng)選擇乙二醇回路與低溫回路進(jìn)行熱工性能測試時(shí)，乙二醇溫度既可低于常溫，又能高于常溫，介于-50～100℃之間，且測試方法如下：

對于低溫回路，關(guān)閉低溫回路與第一測試樣機(jī)23相連接的閥門，開啟低溫回路與第二測試樣機(jī)42相連接的閥門；使所述低溫回路儲罐1處于0.1～0.8MPa的低壓狀態(tài)，此時(shí)低溫回路儲罐1的底部為液態(tài)氮，頂部為低溫飽和氮?dú)?；低溫回路儲?內(nèi)的液氮在重力作用下從所述進(jìn)液管道進(jìn)入所述柱塞泵4，通過所述柱塞泵4增壓至超臨界壓力后經(jīng)止回閥6、低溫回路流量計(jì)7、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端切換閥45、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器44、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器43進(jìn)入第二測試樣機(jī)42的冷側(cè)介質(zhì)通道中吸收乙二醇釋放的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界氣態(tài)，然后繼續(xù)吸熱升溫至常溫，再依次經(jīng)第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器33、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器32、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端切換閥31進(jìn)入控壓排放裝置中的緩沖罐29，最后經(jīng)緩沖罐29頂部的背壓閥27排出；

對于乙二醇回路，當(dāng)乙二醇回路試驗(yàn)溫度低于常溫時(shí)，試驗(yàn)前首先關(guān)閉所述乙二醇回路加熱器39所在的支路閥門38，乙二醇從所述乙二醇儲罐47底部進(jìn)入所述乙二醇循環(huán)泵46，經(jīng)第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端閥門37、乙二醇回路流量計(jì)36、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器35、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器34進(jìn)入第二測試樣機(jī)42吸收第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道中的液氮冷量降溫至試驗(yàn)所需要的溫度，再經(jīng)第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器41、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器40回到所述乙二醇儲罐47；

對于乙二醇回路，當(dāng)乙二醇回路試驗(yàn)溫度低于常溫時(shí)，試驗(yàn)前首先關(guān)閉第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端閥門37，乙二醇從所述乙二醇儲罐47底部進(jìn)入所述乙二醇循環(huán)泵46，經(jīng)支路閥門38進(jìn)入乙二醇回路加熱器39加熱至試驗(yàn)所需要的溫度，再回到所述乙二醇儲罐47；

對于乙二醇回路，不管試驗(yàn)溫度高于常溫還是低于常溫，測試過程中，通過調(diào)節(jié)第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端閥門和支路閥門的開度,使得部分乙二醇通過支路閥門38進(jìn)入乙二醇回路加熱器39進(jìn)行加熱，部分乙二醇經(jīng)第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端閥門37、乙二醇回路流量計(jì)36、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器35、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器34進(jìn)入第二測試樣機(jī)42釋放熱量給第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道中的液氮；在此過程中，調(diào)節(jié)乙二醇回路加熱器39的加熱功率與第二測試樣機(jī)42的換熱功率相等，以維持乙二醇回路系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定；

在上述測試過程中，通過測控軟件記錄第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器43、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器41、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端溫度傳感器34、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端溫度傳感器33、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器44、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器40、第二測試樣機(jī)熱側(cè)介質(zhì)通道進(jìn)口端壓力傳感器35、第二測試樣機(jī)冷側(cè)介質(zhì)通道出口端壓力傳感器32、低溫回路流量計(jì)7、乙二醇回路流量計(jì)36的測量數(shù)據(jù)，通過對測量數(shù)據(jù)的分析得到超臨界氮在第二測試樣機(jī)內(nèi)傳熱與流動的熱工性能。