CN106896134A - 一种双介质超临界低温热工性能测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双介质超临界低温热工性能测试平台。本测试平台包括如下组成部分：低温回路，低温回路中设置有两个并联的第一测试样机和第二测试样机；高温回路，高温回路储罐与第一测试样机热侧介质通道之间设置有通过高温介质循环管道串接的高温循环泵、高温回路流量计和用于切断启闭管道的阀门；乙二醇回路，乙二醇储罐与第二测试样机的热侧介质通道之间设置有通过乙二醇循环管道连接的乙二醇循环泵、乙二醇回路流量计和用于切断启闭管道的阀门。本发明中的技术方案可实现低温介质分别与高温水、乙二醇两种介质换热的热工性能测试，从而大大扩展了超临界低温介质的测试范围。本发明中的所述低温介质包括但不限于液氮、液氧、液氩、液化天然气等。
Description
技术领域
本发明属于深冷技术领域，具体涉及一种用于测试超临界低温流体在热交换器内传热与流动的热工性能的双介质超临界低温热工性能测试平台。
背景技术
随着人们对超临界流体的认识越来越深入，不仅其萃取得到广泛应用，其传热也在多个领域得到应用。如在LNG领域中LNG在气化器内的气化、在超临界空气储能系统中空气的液化和气化、在发电领域中的超临界水堆、在航空航天冷域中超临界碳氢燃料在航空发动机主动冷却等。
在这些应用中，尤其是低温LNG领域、超界界空气储能系统，其核心技术无不是超临界低温介质在热交换器内的气化传热，然而用于支撑理论研究的超临界低温流体传热与流动特性测试平台缺乏，急需要一套完善的测试平台。
图1所示为目前已知的一套低温热工性能测试平台，其主要由水循环系统和低温系统组成。其水循环系统由开式水箱11a、循环泵12a、阀门、第二流量计13a、温度传感器和压力传感器等组成，其低温系统由低温罐车1a、开关阀门、第一流量计3a、试验样机16a、空浴式气化器2a等组成。
其检测时，通过低温罐车1a自带的空浴式气化器2a来提高罐内压力，低温罐车1a内的低温介质从罐底部的出液口流出，经输送管道进入测试样机16a内，在测试样机16a内吸收热量相变成气体排出系统；介质水从水箱11a内流出，通过循环泵12a输送至测试样机16a内，释放热量后回到水箱11a，在水箱11a内通过电加热器10a补充热量以维持水温稳定。测试过程中，分别记录两侧的温度传感器4a、温度传感器6a、温度传感器9a、温度传感器14a、压力传感器5a、压力传感器7a、压力传感器8a、压力传感器15a、第一流量计3a、第二流量计13a的测量数据，通过对测量数据分析得到测试样机16a的热工性能。
然而该低温热工性能测试平台存在许多不足之处。如冷侧试验压力靠罐车内的气化器提供，其试验压力达不到超临界态；其低温介质靠罐车低温储罐的压力来输送，不具备流量的调节功能；热侧为开式水循环，只能提供一种试验介质，且试验温度只能介于常温至100℃之间。
发明内容
根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种双介质超临界低温热工性能测试平台。
为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种双介质超临界低温热工性能测试平台，包括如下组成部分：
低温回路，所述低温回路中设有用于容纳低温试验介质的低温回路储罐，低温回路储罐的底部出口端通过进液管道与提供超临界试验压力的往复式柱塞泵相连接，所述柱塞泵的出口管道与两个并联排布的测试样机即第一测试样机和第二测试样机的冷侧介质通道进口端分别相连；所述第一测试样机和第二测试样机的冷侧介质通道出口端与控压排放装置相连接；所述低温回路在进出第一测试样机和第二测试样机的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述低温回路上还设置有低温回路流量计和用于切断启闭管道的阀门；
高温回路，所述高温回路中设有用于容纳高温介质的高温回路储罐，所述高温回路储罐与所述第一测试样机热侧介质通道之间设置有高温介质循环管道，所述高温介质循环管道上设置有高温循环泵，且所述高温介质循环管道上在进出第一测试样机的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述高温介质循环管道上还设置有高温回路流量计和用于切断启闭管道的阀门；
乙二醇回路，所述乙二醇回路中设有乙二醇储罐，所述乙二醇储罐与所述第二测试样机的热侧介质通道之间设置有乙二醇循环管道，所述乙二醇循环管道上设置有乙二醇循环泵，所述乙二醇循环管道在进出第二测试样机的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述乙二醇循环管道上还设置有乙二醇回路流量计和用于切断启闭管道的阀门。
优选的，所述柱塞泵与所述低温回路储罐之间还设置有回气管道，所述回气管道与所述低温回路储罐的上端相连接，且所述回气管道上设置有回气阀。
优选的，所述低温回路流量计设置在所述柱塞泵与两个并联排布的测试样机之间的管道上，且所述柱塞泵与所述低温回路流量计之间设置有阻尼器。
优选的，所述控压排放装置包括与两个并联排布的测试样机串接的缓冲罐，所述缓冲罐的顶部设置有背压阀和安全阀，所述缓冲罐的底部设置有排污阀。
优选的，所述高温回路储罐的顶部设置有充压阀；所述高温回路储罐的底部与所述高温循环泵的进口端相连接，所述高温循环泵的出口端与第一测试样机的热侧介质通道进口端之间串设有高温回路加热器；所述第一测试样机的热侧介质通道出口端的连接管道上设置有高温回路流量计，所述高温回路流量计的出口端与所述高温循环泵的进口端相连接；所述高温循环泵、高温回路加热器、第一测试样机的热侧介质通道、高温回路流量计构成高温介质循环回路。
优选的，所述高温回路加热器的出口端还通过高温介质返流管道与所述高温回路储罐的上部相连接；所述高温回路流量计与所述高温循环泵的进口端相连接的管道上以及所述高温介质返流管道上均设置有高温切换阀。
作为本发明的一种测试方案，当选择高温回路与低温回路进行热工性能测试时，高温回路中的高温介质温度介于常温与350℃之间，且测试方法如下：
对于低温回路，关闭低温回路与第二测试样机相连接的阀门，开启低温回路与第一测试样机相连接的阀门；使所述低温回路储罐处于0.1～0.8MPa的低压状态，此时低温回路储罐的底部为液态氮，顶部为低温饱和氮气；低温回路储罐内的液氮在重力作用下从所述进液管道进入所述柱塞泵，通过所述柱塞泵增压至超临界压力后经止回阀、低温回路流量计、第一测试样机冷侧介质通道进口端切换阀、第一测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器、第一测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器进入第一测试样机的冷侧介质通道中吸收高温介质释放的热量转变为超临界气态，然后继续吸热升温至常温，再依次经第一测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器、第一测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器、第一测试样机冷侧介质通道出口端切换阀进入控压排放装置中的缓冲罐，最后经缓冲罐顶部的背压阀排出；
对于高温回路，关闭所述高温介质返流管道上的第二高温切换阀，打开所述高温回路流量计与所述高温循环泵进口端之间的连接管道上的第一高温切换阀；运行前先将所述高温回路储罐及高温回路中的管道及设备充满水，并通过充压阀将所述高温回路储罐充氮增压至高于试验温度下水的饱和蒸气压；水由所述高温循环泵输送至所述高温回路加热器并加热至试验温度，经第一测试样机热侧介质通道进口端压力传感器、第一测试样机热侧介质通道进口端温度传感器进入第一测试样机热侧介质通道释放热量给第一测试样机冷侧介质通道中的液氮，再经第一测试样机热侧介质通道出口端温度传感器、第一测试样机热侧介质通道出口端压力传感器、高温回路流量计、第一高温切换阀回到所述高温循环泵入口；
在上述测试过程中，通过测控软件记录第一测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器、第一测试样机热侧介质通道出口端温度传感器、第一测试样机热侧介质通道进口端温度传感器、第一测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器、第一测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器、第一测试样机热侧介质通道出口端压力传感器、第一测试样机热侧介质通道进口端压力传感器、第一测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器、低温回路流量计、高温回路流量计的测量数据，通过对测量数据的分析得到超临界氮在第一测试样机内传热与流动的热工性能。
优选的，所述乙二醇储罐的底部与所述乙二醇循环泵的进口端相连接，所述乙二醇循环泵的出口端与第二测试样机的热侧介质通道进口端之间串设有乙二醇回路流量计；所述乙二醇回路中还设置有乙二醇回路加热器；所述乙二醇回路加热器与第二测试样机并联设置，所述第二测试样机的热侧介质通道出口端以及所述乙二醇回路加热器的出口端通过乙二醇返流管道相连接，且所述乙二醇返流管道与所述乙二醇储罐的上部相连接；所述乙二醇储罐、乙二醇循环泵、乙二醇回路加热器、第二测试样机的热侧介质通道、乙二醇回路流量计构成乙二醇循环回路。
作为本发明的另一种测试方案，当选择乙二醇回路与低温回路进行热工性能测试时，乙二醇温度既可低于常温，又能高于常温，介于-50～100℃之间，且测试方法如下：
对于低温回路，关闭低温回路与第一测试样机相连接的阀门，开启低温回路与第二测试样机相连接的阀门；使所述低温回路储罐处于0.1～0.8MPa的低压状态，此时低温回路储罐的底部为液态氮，顶部为低温饱和氮气；低温回路储罐内的液氮在重力作用下从所述进液管道进入所述柱塞泵，通过所述柱塞泵增压至超临界压力后经止回阀、低温回路流量计、第二测试样机冷侧介质通道进口端切换阀、第二测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器、第二测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器进入第二测试样机的冷侧介质通道中吸收乙二醇释放的热量转变为超临界气态，然后继续吸热升温至常温，再依次经第二测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器、第二测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器、第二测试样机冷侧介质通道出口端切换阀进入控压排放装置中的缓冲罐，最后经缓冲罐顶部的背压阀排出；
对于乙二醇回路，当乙二醇回路试验温度低于常温时，试验前首先关闭所述乙二醇回路加热器所在的支路阀门，乙二醇从所述乙二醇储罐底部进入所述乙二醇循环泵，经第二测试样机热侧介质通道进口端阀门、乙二醇回路流量计、第二测试样机热侧介质通道进口端压力传感器、第二测试样机热侧介质通道进口端温度传感器进入第二测试样机吸收第二测试样机冷侧介质通道中的液氮冷量降温至试验所需要的温度，再经第二测试样机热侧介质通道出口端温度传感器、第二测试样机热侧介质通道出口端压力传感器回到所述乙二醇储罐；
对于乙二醇回路，当乙二醇回路试验温度高于常温时，试验前首先关闭第二测试样机热侧介质通道进口端阀门，乙二醇从所述乙二醇储罐底部进入所述乙二醇循环泵，经支路阀门进入乙二醇回路加热器加热至试验所需要的温度，再回到所述乙二醇储罐；
对于乙二醇回路，不管试验温度高于常温还是低于常温，测试过程中，通过调节第二测试样机热侧介质通道进口端阀门和支路阀门的开度,使得部分乙二醇通过支路阀门进入乙二醇回路加热器进行加热，部分乙二醇经第二测试样机热侧介质通道进口端阀门、乙二醇回路流量计、第二测试样机热侧介质通道进口端压力传感器、第二测试样机热侧介质通道进口端温度传感器进入第二测试样机释放热量给第二测试样机冷侧介质通道中的液氮；在此过程中，调节乙二醇回路加热器的加热功率与第二测试样机的换热功率相等，以维持乙二醇回路系统的温度稳定；
在上述测试过程中，通过测控软件记录第二测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器、第二测试样机热侧介质通道出口端温度传感器、第二测试样机热侧介质通道进口端温度传感器、第二测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器、第二测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器、第二测试样机热侧介质通道出口端压力传感器、第二测试样机热侧介质通道进口端压力传感器、第二测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器、低温回路流量计、乙二醇回路流量计的测量数据，通过对测量数据的分析得到超临界氮在第二测试样机内传热与流动的热工性能。
本发明的有益效果在于：
1)本发明中采用多回路结构，其中热侧介质分为高温回路和乙二醇回路，从而本发明中的技术方案可实现低温介质分别与高温水、乙二醇两种介质换热的热工性能测试，从而大大扩展了超临界低温介质的测试范围。本发明中的所述低温介质包括但不限于液氮、液氧、液氩、液化天然气等。
2)本发明在低温回路中设置有往复式柱塞泵，该泵的出口压力高达20MPa，可为低温介质提供超临界试验压力。本发明还通过变频电机驱动往复式柱塞泵，从而可实现低温介质流量在一定范围内连续调节。
3)本发明在低温回路中设置有回气管路，保证了进入往复式柱塞泵的低温介质全为液态。
4)本发明在低温回路中的柱塞泵后侧设置阻尼器，阻尼器可以有效地吸收柱塞泵出口的压力波动，保证低温介质在测试过程中的稳定性；此外，本发明还在低温回路中测试样机的后侧设置有缓冲罐，所述阻尼器和缓冲罐彼此配合，进一步提高了整个测试平台的稳定性。
5)本发明在低温回路中的缓冲罐顶部出口处设置有背压阀，通过背压阀调节整个测试平台的试验压力，背压阀最高阀前压力可达20MPa，以满足不同低温介质的超临界试验要求；此外，本发明还在低温回路中的缓冲罐上设置有安全阀，保证系统运行的安全性。
6)本发明在高温回路采用集束式加热器加热热侧介质(所述热侧介质即水)，通过调节集束式加热器的功率可迅速准确地调节第一测试样机热侧介质通道的进口温度，从而可以降低能耗，提高试验速度。本发明的高温回路管路系统采用集束式加热器与第一测试样机热侧介质通道相串联的结构，即试验过程中热侧介质从高温循环泵出口经集束式加热器加热，进入第一测试样机热侧介质通道，经换热降温后再进入高温回路流量计，再回到高温循环泵入口的连接结构。采用该循环方式进行试验时，高温回路储罐内的热侧介质仍保持常温状态，只有高温回路循环管道内的热侧介质被加热并参与换热，从而采用该方案即能节电降耗，又有利于提高系统的安全性和稳定性。
7)本发明中的乙二醇回路采用闭式循环系统，其循环压力不超过1MPa。乙二醇回路中的乙二醇温度即能低于常温，又能高于常温，可提供-50～100℃的乙二醇进行试验。
附图说明
图1为现有技术中的低温热工性能测试平台的结构示意图。
图2为本发明中的双介质超临界低温热工性能测试平台的结构示意图。
图1中的附图标记：
1a-低温罐车 2a-空浴式气化器 3a第一流量计 13a-第二流量计
4a/6a/9a/14a-温度传感器 5a/7a/8a/15a-压力传感器
10a-电加热器 11a-水箱 12a-循环泵 16a-测试样机
图2中的附图标记：
1-低温回路储罐 2-出液阀 3-回气阀 4-柱塞泵 5-阻尼器
6-止回阀 7-低温回路流量计 8-第一测试样机冷侧介质通道进口端切换阀
9-第一测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器
10-第一测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器
11-第一测试样机热侧介质通道出口端温度传感器
12-第一测试样机热侧介质通道出口端压力传感器
13-高温回路流量计 14/15-高温切换阀 16-充压阀
17-高温回路储罐 18-出水阀 19-高温循环泵 20-高温回路加热器
21-第一测试样机热侧介质通道进口端压力传感器
22-第一测试样机热侧介质通道进口端温度传感器
23-第一测试样机
24-第一测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器
25-第一测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器
26-第一测试样机冷侧介质通道出口端切换阀 27-背压阀 28-安全阀
29-缓冲罐 30-排污阀
31-第二测试样机冷侧介质通道出口端切换阀
32-第二测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器
33-第二测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器
34-第二测试样机热侧介质通道进口端温度传感器
35-第二测试样机热侧介质通道进口端压力传感器
36-乙二醇回路流量计 37-第二测试样机热侧介质通道进口端阀门
38-支路阀门 39-乙二醇回路加热器
40-第二测试样机热侧介质通道出口端压力传感器
41-第二测试样机热侧介质通道出口端温度传感器
42-第二测试样机
43-第二测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器
44-第二测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器
45-第二测试样机冷侧介质通道进口端切换阀
46-乙二醇循环泵 47-乙二醇储罐
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例中的低温介质为液氮，实施例以液氮在超临界压力下由超临界液态转变成超临界气态的传热与流动的热工性能测试为例对本专利进一步说明。
需要说明的是，本发明中的第一测试样机和第二测试样机仅以管壳式结构示意，实际上测试样机包括但不限于套管式换热器、管壳式换热器、板式换热器等各种换热器。
如图2所示，一种双介质超临界低温热工性能测试平台，包括如下组成部分：
1.低温回路
低温回路，所述低温回路中设有用于容纳低温试验介质的低温回路储罐1，低温回路储罐1的底部出口端通过进液管道与提供超临界试验压力的往复式柱塞泵4相连接，所述柱塞泵4的出口管道与两个并联排布的测试样机即第一测试样机23和第二测试样机42的冷侧介质通道进口端分别相连；所述第一测试样机23和第二测试样机42的冷侧介质通道出口端与控压排放装置相连接；所述低温回路在进出第一测试样机23和第二测试样机42的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述低温回路上还设置有低温回路流量计7和用于切断启闭管道的阀门。
所述柱塞泵4与所述低温回路储罐1之间除设置有进液管道外，还设置有回气管道，所述回气管道与所述低温回路储罐1的上端相连接，且所述进液管道上设置有出液阀2，所述回气管道上设置有回气阀3。
所述低温回路流量计7设置在所述柱塞泵4与两个并联排布的第一测试样机23和第二测试样机42之间的管道上，且所述柱塞泵4与所述低温回路流量计7之间设置有阻尼器5。
所述控压排放装置包括与两个并联排布的测试样机串接的缓冲罐29，所述缓冲罐29的顶部设置有背压阀27和安全阀28，所述缓冲罐29的底部设置有排污阀30。
2.高温回路
高温回路，所述高温回路中设有用于容纳高温介质的高温回路储罐17，所述高温回路储罐17与所述第一测试样机23热侧介质通道之间设置有高温介质循环管道，所述高温介质循环管道上设置有高温循环泵19，且所述高温介质循环管道上在进出第一测试样机23的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述高温介质循环管道上还设置有高温回路流量计13和用于切断启闭管道的阀门；
所述高温回路储罐17的顶部设置有充压阀16；所述高温回路储罐17的底部与所述高温循环泵19的进口端相连接，所述高温循环泵19的出口端与第一测试样机23的热侧介质通道进口端之间串设有高温回路加热器20；所述第一测试样机23的热侧介质通道出口端的连接管道上设置有高温回路流量计13，所述高温回路流量计13的出口端与所述高温循环泵19的进口端相连接；所述高温循环泵19、高温回路加热器20、第一测试样机23的热侧介质通道、高温回路流量计13构成高温介质循环回路。
所述高温回路加热器20的出口端还通过高温介质返流管道与所述高温回路储罐17的上部相连接；所述高温回路流量计13与所述高温循环泵19的进口端相连接的管道上设置有高温切换阀14，所述高温介质返流管道上设置有高温切换阀15。
3.乙二醇回路
乙二醇回路，所述乙二醇回路中设有乙二醇储罐47，所述乙二醇储罐47与所述第二测试样机42的热侧介质通道之间设置有乙二醇循环管道，所述乙二醇循环管道上设置有乙二醇循环泵46，所述乙二醇循环管道在进出第二测试样机42的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述乙二醇循环管道上还设置有乙二醇回路流量计36和用于切断启闭管道的阀门。
所述乙二醇储罐47的底部与所述乙二醇循环泵46的进口端相连接，所述乙二醇循环泵46的出口端与第二测试样机42的热侧介质通道进口端之间串设有乙二醇回路流量计36；所述乙二醇回路中还设置有乙二醇回路加热器39；所述乙二醇回路加热器39与第二测试样机42并联设置，所述第二测试样机42的热侧介质通道出口端以及所述乙二醇回路加热器39的出口端通过乙二醇返流管道相连接，且所述乙二醇返流管道与所述乙二醇储罐47的上部相连接；所述乙二醇储罐47、乙二醇循环泵46、乙二醇回路加热器39、第二测试样机23的热侧介质通道、乙二醇回路流量计36构成乙二醇循环回路。
4.高温回路与低温回路相配合时的低温热工性能测试方法
当选择高温回路与低温回路进行热工性能测试时，高温回路中的高温介质温度介于常温与350℃之间，且测试方法如下：
对于低温回路，关闭低温回路与第二测试样机42相连接的阀门，开启低温回路与第一测试样机23相连接的阀门；使所述低温回路储罐1处于0.1～0.8MPa的低压状态，此时低温回路储罐1的底部为液态氮，顶部为低温饱和氮气；低温回路储罐1内的液氮在重力作用下从所述进液管道进入所述柱塞泵4，通过所述柱塞泵4增压至超临界压力后经止回阀6、低温回路流量计7、第一测试样机冷侧介质通道进口端切换阀8、第一测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器9、第一测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器10进入第一测试样机23的冷侧介质通道中吸收高温介质释放的热量转变为超临界气态，然后继续吸热升温至常温，再依次经第一测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器24、第一测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器25、第一测试样机冷侧介质通道出口端切换阀26进入控压排放装置中的缓冲罐29，最后经缓冲罐29顶部的背压阀27排出；
对于高温回路，关闭所述高温介质返流管道上的第二高温切换阀15，打开所述高温回路流量计13与所述高温循环泵19进口端之间的连接管道上的第一高温切换阀14；运行前先将所述高温回路储罐17内充满水，并通过充压阀16将所述高温回路储罐17充氮增压至高于试验温度下水的饱和蒸气压；水由所述高温循环泵19输送至所述高温回路加热器20并加热至试验温度，经第一测试样机热侧介质通道进口端压力传感器21、第一测试样机热侧介质通道进口端温度传感器22进入第一测试样机23热侧介质通道释放热量给第一测试样机23冷侧介质通道中的液氮，再经第一测试样机热侧介质通道出口端温度传感器11、第一测试样机热侧介质通道出口端压力传感器12、高温回路流量计13、第一高温切换阀14回到所述高温循环泵19入口；
在上述测试过程中，通过测控软件记录第一测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器10、第一测试样机热侧介质通道出口端温度传感器11、第一测试样机热侧介质通道进口端温度传感器22、第一测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器24、第一测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器9、第一测试样机热侧介质通道出口端压力传感器12、第一测试样机热侧介质通道进口端压力传感器21、第一测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器25、低温回路流量计7、高温回路流量计13的测量数据，通过对测量数据的分析得到超临界氮在第一测试样机内传热与流动的热工性能。
5.乙二醇回路与低温回路相配合时的低温热工性能测试方法
当选择乙二醇回路与低温回路进行热工性能测试时，乙二醇温度既可低于常温，又能高于常温，介于-50～100℃之间，且测试方法如下：
对于低温回路，关闭低温回路与第一测试样机23相连接的阀门，开启低温回路与第二测试样机42相连接的阀门；使所述低温回路储罐1处于0.1～0.8MPa的低压状态，此时低温回路储罐1的底部为液态氮，顶部为低温饱和氮气；低温回路储罐1内的液氮在重力作用下从所述进液管道进入所述柱塞泵4，通过所述柱塞泵4增压至超临界压力后经止回阀6、低温回路流量计7、第二测试样机冷侧介质通道进口端切换阀45、第二测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器44、第二测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器43进入第二测试样机42的冷侧介质通道中吸收乙二醇释放的热量转变为超临界气态，然后继续吸热升温至常温，再依次经第二测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器33、第二测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器32、第二测试样机冷侧介质通道出口端切换阀31进入控压排放装置中的缓冲罐29，最后经缓冲罐29顶部的背压阀27排出；
对于乙二醇回路，当乙二醇回路试验温度低于常温时，试验前首先关闭所述乙二醇回路加热器39所在的支路阀门38，乙二醇从所述乙二醇储罐47底部进入所述乙二醇循环泵46，经第二测试样机热侧介质通道进口端阀门37、乙二醇回路流量计36、第二测试样机热侧介质通道进口端压力传感器35、第二测试样机热侧介质通道进口端温度传感器34进入第二测试样机42吸收第二测试样机冷侧介质通道中的液氮冷量降温至试验所需要的温度，再经第二测试样机热侧介质通道出口端温度传感器41、第二测试样机热侧介质通道出口端压力传感器40回到所述乙二醇储罐47；
对于乙二醇回路，当乙二醇回路试验温度低于常温时，试验前首先关闭第二测试样机热侧介质通道进口端阀门37，乙二醇从所述乙二醇储罐47底部进入所述乙二醇循环泵46，经支路阀门38进入乙二醇回路加热器39加热至试验所需要的温度，再回到所述乙二醇储罐47；
对于乙二醇回路，不管试验温度高于常温还是低于常温，测试过程中，通过调节第二测试样机热侧介质通道进口端阀门和支路阀门的开度,使得部分乙二醇通过支路阀门38进入乙二醇回路加热器39进行加热，部分乙二醇经第二测试样机热侧介质通道进口端阀门37、乙二醇回路流量计36、第二测试样机热侧介质通道进口端压力传感器35、第二测试样机热侧介质通道进口端温度传感器34进入第二测试样机42释放热量给第二测试样机冷侧介质通道中的液氮；在此过程中，调节乙二醇回路加热器39的加热功率与第二测试样机42的换热功率相等，以维持乙二醇回路系统的温度稳定；
在上述测试过程中，通过测控软件记录第二测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器43、第二测试样机热侧介质通道出口端温度传感器41、第二测试样机热侧介质通道进口端温度传感器34、第二测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器33、第二测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器44、第二测试样机热侧介质通道出口端压力传感器40、第二测试样机热侧介质通道进口端压力传感器35、第二测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器32、低温回路流量计7、乙二醇回路流量计36的测量数据，通过对测量数据的分析得到超临界氮在第二测试样机内传热与流动的热工性能。
Claims (9)
1.一种双介质超临界低温热工性能测试平台，包括如下组成部分：
低温回路，所述低温回路中设有用于容纳低温试验介质的低温回路储罐(1)，低温回路储罐(1)的底部出口端通过进液管道与提供超临界试验压力的往复式柱塞泵(4)相连接，所述柱塞泵(4)的出口管道与两个并联排布的测试样机即第一测试样机(23)和第二测试样机(42)的冷侧介质通道进口端分别相连；所述第一测试样机(23)和第二测试样机(42)的冷侧介质通道出口端与控压排放装置相连接；所述低温回路在进出第一测试样机(23)和第二测试样机(42)的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述低温回路上还设置有低温回路流量计(7)和用于切断启闭管道的阀门；
高温回路，所述高温回路中设有用于容纳高温介质的高温回路储罐(17)，所述高温回路储罐(17)与所述第一测试样机(23)热侧介质通道之间设置有高温介质循环管道，所述高温介质循环管道上设置有高温循环泵(19)，且所述高温介质循环管道上在进出第一测试样机(23)的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述高温介质循环管道上还设置有高温回路流量计(13)和用于切断启闭管道的阀门；
乙二醇回路，所述乙二醇回路中设有乙二醇储罐(47)，所述乙二醇储罐(47)与所述第二测试样机(42)的热侧介质通道之间设置有乙二醇循环管道，所述乙二醇循环管道上设置有乙二醇循环泵(46)，所述乙二醇循环管道在进出第二测试样机(42)的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述乙二醇循环管道上还设置有乙二醇回路流量计(36)和用于切断启闭管道的阀门。
2.根据权利要求1所述的一种双介质超临界低温热工性能测试平台，其特征在于：所述柱塞泵(4)与所述低温回路储罐(1)之间还设置有回气管道，所述回气管道与所述低温回路储罐(1)的上端相连接，且所述回气管道上设置有回气阀(3)。
3.根据权利要求1所述的一种双介质超临界低温热工性能测试平台，其特征在于：所述低温回路流量计(7)设置在所述柱塞泵(4)与两个并联排布的测试样机之间的管道上，且所述柱塞泵(4)与所述低温回路流量计(7)之间设置有阻尼器(5)。
4.根据权利要求1所述的一种双介质超临界低温热工性能测试平台，其特征在于：所述控压排放装置包括与两个并联排布的测试样机串接的缓冲罐(29)，所述缓冲罐(29)的顶部设置有背压阀(27)和安全阀(28)，所述缓冲罐(29)的底部设置有排污阀(30)。
5.根据权利要求1～4任一项所述的一种双介质超临界低温热工性能测试平台，其特征在于：所述高温回路储罐(17)的顶部设置有充压阀(16)；所述高温回路储罐(17)的底部与所述高温循环泵(19)的进口端相连接，所述高温循环泵(19)的出口端与第一测试样机(23)的热侧介质通道进口端之间串设有高温回路加热器(20)；所述第一测试样机(23)的热侧介质通道出口端的连接管道上设置有高温回路流量计(13)，所述高温回路流量计(13)的出口端与所述高温循环泵(19)的进口端相连接；所述高温循环泵(19)、高温回路加热器(20)、第一测试样机(23)的热侧介质通道、高温回路流量计(13)构成高温介质循环回路。
6.根据权利要求5所述的一种双介质超临界低温热工性能测试平台，其特征在于：所述高温回路加热器(20)的出口端还通过高温介质返流管道与所述高温回路储罐(17)的上部相连接；所述高温回路流量计(13)与所述高温循环泵(19)的进口端相连接的管道上以及所述高温介质返流管道上均设置有高温切换阀。
7.根据权利要求6所述的一种双介质超临界低温热工性能测试平台，其特征在于，当选择高温回路与低温回路进行热工性能测试时，高温回路中的高温介质温度介于常温与350℃之间，且测试方法如下：
对于低温回路，关闭低温回路与第二测试样机(42)相连接的阀门，开启低温回路与第一测试样机(23)相连接的阀门；使所述低温回路储罐(1)处于0.1～0.8MPa的低压状态，此时低温回路储罐(1)的底部为低温液体，顶部为低温饱和气体；低温回路储罐(1)内的低温介质在重力作用下从所述进液管道进入所述柱塞泵(4)，通过所述柱塞泵(4)增压至超临界压力后经止回阀(6)、低温回路流量计(7)、第一测试样机冷侧介质通道进口端切换阀(8)、第一测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器(9)、第一测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器(10)进入第一测试样机(23)的冷侧介质通道中吸收高温介质释放的热量转变为超临界气态，然后继续吸热升温至常温，再依次经第一测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器(24)、第一测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器(25)、第一测试样机冷侧介质通道出口端切换阀(26)进入控压排放装置中的缓冲罐(29)，最后经缓冲罐(29)顶部的背压阀(27)排出；
对于高温回路，关闭所述高温介质返流管道上的第二高温切换阀(15)，打开所述高温回路流量计(13)与所述高温循环泵(19)进口端之间的连接管道上的第一高温切换阀(14)；运行前先将所述高温回路储罐(17)内充满水，并通过充压阀(16)将所述高温回路储罐(17)增压至高于试验温度下水的饱和蒸气压；水由所述高温循环泵(19)输送至所述高温回路加热器(20)并加热至试验温度，经第一测试样机热侧介质通道进口端压力传感器(21)、第一测试样机热侧介质通道进口端温度传感器(22)进入第一测试样机(23)热侧介质通道释放热量给第一测试样机(23)冷侧介质通道中的低温介质，再经第一测试样机热侧介质通道出口端温度传感器(11)、第一测试样机热侧介质通道出口端压力传感器(12)、高温回路流量计(13)、第一高温切换阀(14)回到所述高温循环泵(19)入口；
在上述测试过程中，通过测控软件记录第一测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器(10)、第一测试样机热侧介质通道出口端温度传感器(11)、第一测试样机热侧介质通道进口端温度传感器(22)、第一测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器(24)、第一测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器(9)、第一测试样机热侧介质通道出口端压力传感器(12)、第一测试样机热侧介质通道进口端压力传感器(21)、第一测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器(25)、低温回路流量计(7)、高温回路流量计(13)的测量数据，通过对测量数据的分析得到超临界低温介质在第一测试样机内传热与流动的热工性能。
8.根据权利要求1～4任一项所述的一种双介质超临界低温热工性能测试平台，其特征在于：所述乙二醇储罐(47)的底部与所述乙二醇循环泵(46)的进口端相连接，所述乙二醇循环泵(46)的出口端与第二测试样机(42)的热侧介质通道进口端之间串设有乙二醇回路流量计(36)；所述乙二醇回路中还设置有乙二醇回路加热器(39)；所述乙二醇回路加热器(39)与第二测试样机(42)并联设置，所述第二测试样机(42)的热侧介质通道出口端以及所述乙二醇回路加热器(39)的出口端通过乙二醇返流管道相连接，且所述乙二醇返流管道与所述乙二醇储罐(47)的上部相连接；所述乙二醇储罐(47)、乙二醇循环泵(46)、乙二醇回路加热器(39)、第二测试样机(23)的热侧介质通道、乙二醇回路流量计(36)构成乙二醇循环回路。
9.根据权利要求8所述的一种双介质超临界低温热工性能测试平台，其特征在于：当选择乙二醇回路与低温回路进行热工性能测试时，乙二醇温度既可低于常温，又能高于常温，介于-50～100℃之间，且测试方法如下：
对于低温回路，关闭低温回路与第一测试样机(23)相连接的阀门，开启低温回路与第二测试样机(42)相连接的阀门；使所述低温回路储罐(1)处于0.1～0.8MPa的低压状态，此时低温回路储罐(1)的底部为液态低温介质，顶部为低温饱和气体；低温回路储罐(1)内的低温介质在重力作用下从所述进液管道进入所述柱塞泵(4)，通过所述柱塞泵(4)增压至超临界压力后经止回阀(6)、低温回路流量计(7)、第二测试样机冷侧介质通道进口端切换阀(45)、第二测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器(44)、第二测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器(43)进入第二测试样机(42)的冷侧介质通道中吸收乙二醇释放的热量转变为超临界气态，然后继续吸热升温至常温，再依次经第二测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器(33)、第二测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器(32)、第二测试样机冷侧介质通道出口端切换阀(31)进入控压排放装置中的缓冲罐(29)，最后经缓冲罐(29)顶部的背压阀(27)排出；
对于乙二醇回路，当乙二醇回路试验温度低于常温时，试验前首先关闭所述乙二醇回路加热器(39)所在的支路阀门(38)，乙二醇从所述乙二醇储罐(47)底部进入所述乙二醇循环泵(46)，经第二测试样机热侧介质通道进口端阀门(37)、乙二醇回路流量计(36)、第二测试样机热侧介质通道进口端压力传感器(35)、第二测试样机热侧介质通道进口端温度传感器(34)进入第二测试样机(42)吸收第二测试样机冷侧介质通道中的低温介质冷量降温至试验所需要的温度，再经第二测试样机热侧介质通道出口端温度传感器(41)、第二测试样机热侧介质通道出口端压力传感器(40)回到所述乙二醇储罐(47)；
当乙二醇回路试验温度高于常温时，试验前首先关闭第二测试样机热侧介质通道进口端阀门(37)，乙二醇从所述乙二醇储罐(47)底部进入所述乙二醇循环泵(46)，经支路阀门(38)进入乙二醇回路加热器(39)加热至试验所需要的温度，再回到所述乙二醇储罐(47)；
对于乙二醇回路，不管乙二醇回路试验温度高于常温还是低于常温，测试过程中，调节第二测试样机热侧介质通道进口端阀门(37)和支路阀门(38)开度,使得部分乙二醇通过支路阀门(38)进入乙二醇回路加热器(39)进行加热，部分乙二醇经第二测试样机热侧介质通道进口端阀门(37)、乙二醇回路流量计(36)、第二测试样机热侧介质通道进口端压力传感器(35)、第二测试样机热侧介质通道进口端温度传感器(34)进入第二测试样机(42)释放热量给第二测试样机冷侧介质通道中的低温介质；在此过程中，调节乙二醇回路加热器(39)的加热功率与第二测试样机(42)的换热功率相等，以维持乙二醇回路系统的温度稳定；
在上述测试过程中，通过测控软件记录第二测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器(43)、第二测试样机热侧介质通道出口端温度传感器(41)、第二测试样机热侧介质通道进口端温度传感器(34)、第二测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器(33)、第二测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器(44)、第二测试样机热侧介质通道出口端压力传感器(40)、第二测试样机热侧介质通道进口端压力传感器(35)、第二测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器(32)、低温回路流量计(7)、乙二醇回路流量计(36)的测量数据，通过对测量数据的分析得到超临界低温介质在第二测试样机内传热与流动的热工性能。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 230031 No. 888 Changjiang West Road, Shushan District, Hefei, Anhui. Applicant after: Hefei General Machinery Research Institute Co., Ltd. Address before: 230031 No. 888 Changjiang West Road, Shushan District, Hefei, Anhui. Applicant before: Hefei Universal Machinery Inst. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |