CN108896604A - 一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统及实验方法 - Google Patents
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Abstract
一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统及实验方法，该系统包括实验回路、压力控制回路以及冷却回路三部分；实验回路由超声振荡仪、循环主泵、回热器、质量流量计、预热段、实验段、数据采集系统以及电加热系统组成；压力控制回路由高压氮气以及气液联箱和安全阀组成；冷却回路由冷却塔、循环泵、冷却套管组成；该实验系统能针对不同组分的纳米流体，在保持纳米流体稳定性的情况下，进行多因素和宽参数下的单相对流换热以及流动沸腾换热和临界热流密度实验研究；本发明还提供了实验方法；确保了纳米流体稳定性、避开分散剂或其他添加剂的影响，便于研究纳米流体单相对流换热、流动沸腾换热以及临界热流密度的影响因素和机理。
Description
技术领域
本发明涉及新型的换热工质纳米流体的单相对流换热、流动沸腾换热以及临界热流密度相关研究领域，具体涉及一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统及实验方法。
背景技术
纳米流体被学者们寄以厚望能在大功率密度的换热系统作为冷却剂迅速带走系统中的热量，降低各部件温度，提高系统的经济性和安全性。自其提出以来，纳米流体换热特性的研究中关于纳米流体流动沸腾换热是否强化出现了较为明显的分歧，对于影响纳米流体换热特性的因素的分析还不够深入，同时纳米流体的换热机理尤其是临界热流密度增强的机理存在巨大空白，并且现有的研究很难规避分散剂以及pH值调节剂对纳米流体换热特性的影响。为此，避开分散剂或调节剂的作用，才能真正研究纳米颗粒以及基液对纳米流体特性的影响，探索纳米流体沸腾换热以及临界热流密度特性以及机理有重要意义。
文章(Wu J M,Zhao J.A review of nanofluid heat transfer and criticalheat flux enhancement—Research gap to engineering application[J].Progress inNuclear Energy,2013,66:13-24.)指出，在现有的换热系统中，流动沸腾是更为常见的换热现象，而沸腾临界则是换热系统中重要的热工参数，是研究换热系统不可回避的重要研究内容；然而，目前关于纳米流体流动沸腾换热及其临界热流密度研究还十分匮乏，并且其换热特性和机理尚不明确，甚至纳米流体的流动沸腾换热能力是否增强还存在很大的争议，十分值得进一步深入的研究。
文章(Bahiraei M,Hangi M.Flow and heat transfer characteristics ofmagnetic nanofluids:A review[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2015,374:125-138.)指出，目前纳米流体的研究过程中，分散剂或其他添加剂带来重要的影响，甚至掩盖了纳米流体自身的换热特性，及时规避分散剂或其他添加剂的影响，真正研究纳米颗粒以及基液的特性对纳米流体换热的影响是必要并且迫切的。
文章(Fang X,Chen Y,Zhang H,et al.Heat transfer and critical heat fluxof nanofluid boiling:A comprehensive review[J].Renewable and SustainableEnergy Reviews,2016,62:924-940.)指出，目前纳米流体沸腾换热及临界热流密度的研究都没有考虑到压力的影响，这很大程度上制约了纳米流体相关机理研究的进展，研究压力对纳米流体沸腾换热以及临界热流密度的影响，丰富纳米流体换热影响因素的研究，从机理上认识纳米流体换热特性是十分必要且意义重大的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统及实验方法，克服了上述现有技术存在的问题，确保了纳米流体稳定性、避开分散剂或其他添加剂的影响，便于研究纳米流体单相对流换热、流动沸腾换热以及临界热流密度的影响因素和机理。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统，包括实验回路、冷却回路以及压力控制回路；
所述实验回路由依次连接的气液联箱13、屏蔽泵201、回热器10、预热段7、水平实验段8与竖直实验段9组成，还包括冷却套管、超声振荡仪14、数据采集系统以及直流电源加热系统；气液联箱13上端通过管道与氮气瓶16连接，通过氮气瓶16向气液联箱13补充高压氮气，实现实验回路的压力控制；气液联箱13内下端为换热工质，为防止换热工质纳米颗粒的沉积，气液联箱13安装有超声振荡仪14，在气液联箱13底部装有第二阀门102便于排污；实验回路采用屏蔽泵201提供驱动力；为监测实验回路管道的流量，预热段7前段安装有科式流量计601；通过配合调节连接在气液联箱13与屏蔽泵201之间的第一阀门101与第三阀门103、连接在屏蔽泵201与回热器10之间的第四阀门104、连接在回热器10与科式流量计601之间的第六阀门106以及科式流量计601与实验段之间的第七阀门107或第八阀门108，能够控制整个实验回路管道的流量；水平实验段8与竖直实验段9并联安装，通过开关第七阀门107与第八阀门108，能够控制所需投入实验的实验段；为控制水平实验段8与竖直实验段9的流体进口温度，水平实验段8与竖直实验段9前段布置有预热段7；为节约能耗，在换热实验中接通回热器10，利用水平实验段8或竖直实验段9出口的高温工质加热屏蔽泵201出口的低温工质；为获得换热数据，水平实验段8进出口分别布置了第一K型热电偶401与第二K型热电偶402以测量流体温度，水平实验段8壁面布置有多个贴片热电偶以测量水平实验段8壁面温度；同理，竖直实验段9进出口分别布置了第三K型热电偶403与第四K型热电偶404以测量流体温度，竖直实验段9壁面布置有多个贴片热电偶以测量竖直实验段9壁面温度；水平实验段8与竖直实验段9均采用直流电源通电的方式实现实验段的加热；为监测水平实验段8与竖直实验段9的出口处压力，在水平实验段8与竖直实验段9出口处分别布置有第一压力表1701和第二压力表1702对压力进行监测；高温工质经回热器10后再经冷却回到气液联箱13中，形成闭式循环；以上所有热电偶与压力表的数据采集线终端均连入数据采集系统中，能够时刻记录实验数据信息；三套直流电源加热系统分别与预热段7、水平实验段8及竖直实验段9通过三点式连接，为其提供实验所需的加热功率；
所述冷却回路由依次连接的冷却回路泵202、电磁流量计602、冷却套管11以及冷却塔12组成，冷却套管11的高温工质入口连通回热器10的高温工质出口；冷却回路泵202用以驱动冷却回路中低温自来水的流动，电磁流量计602用以监测低温自来水的流量大小，通过调节安装在电磁流量计602与冷却套管11之间的第十三阀门1013控制冷却回路的流量；经水平实验段8或竖直实验段9出口流出的高温工质通过回热器10流经冷却套管11，与冷却回路流出的低温自来水在冷却套管11内进行热量交换，高温工质将热量传递给低温自来水后温度降低，然后再经连接在冷却套管11与气液联箱13之间的第十阀门1010流入气液联箱13内，完成高温换热工质的冷却循环；在冷却套管11进出口焊接有第五K型热电偶405与第六K型热电偶406，用来监测冷却套管11进出口的低温水的温度；冷却塔12用来冷却与高温换热工质进行热量交换后升温的低温自来水；
所述压力控制回路由高压氮气瓶16、通过第十四阀门1014与高压氮气瓶16连接的气液联箱13、设置在气液联箱13上的第三压力表1703以及安全阀15和第十一阀门1011组成；当需要增大实验回路的压力时，打开连接在高压氮气瓶16与气液联箱13之间的第十四阀门1014，此时高压氮气瓶16会向气液联箱13补充氮气，达到增大实验回路压力的目的；当需要减小实验回路的压力时，打开气液联箱13顶部的第十一阀门1011，此时气液联箱13的氮气会通过第十一阀门1011流向大气中，达到减小实验回路压力的目的；第三压力表1703实时监测气液联箱13内的压力；气液联箱13的顶部安置有安全阀15，当气液联箱13内的压力高于安全阈值时，安全阀15会自动开启以排出内部多余的高压氮气，实现自动泄压，保护实验回路；当实验系统内的蒸汽过多导至压力过大时，则通过打开回热器10上方的第九阀门109排出多余蒸汽实现系统的降压。所述气液联箱13具备承压能力，气液联箱13采用壁厚为8mm的不锈钢焊制而成，具有至少2.5MPa的承压能力；气液联箱13有两个主要作用，其一是在实验回路中是换热工质储蓄箱，其二是在压力控制回路中为氮气缓冲区，兼顾有稳压器作用；气液联箱13顶部装有安全阀15，当气液联箱13内压力高于安全阈值时可自动泄压，保护实验回路；气液联箱13内安置有超声振头14，持续实现对纳米流体的超声振荡，确保纳米流体的稳定性。
所述试验系统的水平实验段8、竖直实验段9与预热段7均采用直流电源加热的方式，为实现加热功率的有效控制以及提高实验系统的安全性，保证实验人员的人身安全，电加热系统均为高电流低电压的直接通电直流电源；水平实验段8与竖直实验段9以及预热段7均为316不锈钢导电材质，电加热系统中采用的直流电源根据加热段自身电阻匹配加热的电压电流，实现加热功率的有效控制。
所述试验系统的回热器10采用套管式换热器的设计方法，高温换热工质流经外管，低温换热工质流经内管，并以逆流形式进行换热；为在临界热流密度实验中快速高效控制进口过冷度，回热器10外安装了回热器旁路，旁路一端连接在回热器(10)与科式流量计(601)之间，另一端连接在回热器(10)与屏蔽泵(201)之间，通过打开第五阀门105，能够在临界热流密度实验中屏蔽回热器10，换热工质通过回热器旁路流入实验段。
所述冷却回路中，冷却工质采用自来水并安装电磁流量计602监测冷却回路流量，冷却套管11进出口分别布置有第五K型热电偶405和第六K型热电偶406，可根据在冷却工质流量和进出口温度及时得到冷却功率，缩短回路的稳定时间。
所述压力控制回路在无特殊工质的情况下，采用高压氮气瓶16调整回路压力，可根据第三压力表1703监测实时压力数据，调节第十一阀门1011控制回路压力；并安装了安全阀15，当回路压力大于安全阀阈值时，可以利用安全阀15自动泄压以保证回路安全。
所述水平实验段8与竖直实验段9均为内径为6mm，外径为8mm的不锈钢圆管制成，长度为1m。
所述的多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统的实验方法，包括如下步骤：
(1)启动数据采集系统，在监控主机上观测系统是否正常运行；
(2)开启冷却回路(泵、风机)，并检查冷却回路是否正常；
(3)从气液联箱13中取少量纳米流体样本进行密度测量并记录；
(4)开启实验回路的屏蔽泵201，并检查实验回路是否正常；
(5)调节科式流量计601前段第六阀门106，调整回路流量至所需值；
(6)开启预热段7直流电源，提升流体温度，使实验段入口段流体温度达到所需值；
(7)针对流动换热实验，开启实验段直流电源加热系统，向实验段投入设定功率，进行稳态实验；由于实验段升功率过程中，回路内流体温度的升高，也会引起回路压力的变化，则通过第十一阀门1011适量充放气液联箱13顶端的氮气，以保证在整个实验进程中压力基本恒定；在数据采集系统监控下，水平实验段8或竖直实验段9进出口温度、实验段壁温的变化量在±0.1K之内，并且实验段进出口压差变化量在±0.1kPa之内，实验段加热功率与进出口温差计算所得热平衡误差在±5％之内，则认为实验趋于稳定，若此状态保持10分钟以上认为实验已经稳定，进行实验数据采集；
(8)针对临界热流密度实验，在预设压力和流量下，逐步增加水平实验段8或竖直实验段9的加热功率，每次增加功率不能超过参考值的5％，当壁面过热度达到50℃以上时，不能超过参考值的3％；预设壁面温度到达350℃为报警温度，当达到报警温度之后，每次增加功率不能超过参考值的1％；每一次增加功率前，需确保上一次增加功率后实验回路趋于稳定之后再增加功率；临界热流密度实验全程进行数据采集，在发生沸腾临界时，完全切断加热功率，实验过程中由于实验段含气率的不断提高，回路压力的变化通过稳压装置进行调节；
(9)调节流量、压力参数至下一实验工况所需值，流动换热实验重复第(6)步进行下一工况的稳态实验；临界热流密度实验重复第(7)步进行下一工况实验；
(10)对于流动换热实验，当实验完成后，逐步降低水平实验段8或竖直实验段9以及预热段7的加热功率，要求温度降低的速率要小于5℃/min，在此过程中通过第六阀门106适当调节回路流量；对于临界热流密度实验完成后，需进行一次热电偶的温度响应测试，以保证测量壁温的热电偶完好，有助于进行下一次的临界热流密度实验；
(11)关闭水平实验段8、竖直实验段9以及预热段7的加热功率，关闭屏蔽泵201以及冷却回路泵202与冷却塔12；
(12)打开安全阀15，卸去实验回路压力，关闭安全阀15；
(13)从气液联箱13中取少量纳米流体样本进行密度测量并记录；
(14)关闭监控主机；
(15)关闭数据采集系统。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
本发明提出的多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统及实验方法，可以针对不同组分纳米流体在考虑压力下，用纳米颗粒和基液进行制备，无需借用分散剂以及pH值的调节，摒除了其他影响对纳米流体特性的影响，能有针对性地对纳米颗粒以及基液的影响进行实验研究。
附图说明
图1为本发明多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细的说明：
一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统，包括实验回路、冷却回路以及压力控制回路；
实验回路由气液联箱13、泵201、回热器10、预热段7、水平实验段8与竖直实验段9、冷却套管、超声振荡仪14、数据采集系统以及电加热系统组成；气液联箱13上端通过管道与氮气瓶16连接，通过氮气瓶16向气液联箱13补充高压氮气，可实现实验回路的压力控制。气液联箱13内下端为换热工质，为防止纳米颗粒的沉积，气液联箱13内安装有超声振荡仪14，在气液联箱(13)底部装有第二阀门(102)便于排污；为避免纳米颗粒的影响，实验回路采用屏蔽泵201提供驱动力；为监测实验回路管道的流量，实验回路的预热段7前段安装有科式流量计601；通过配合调节第一阀门101、第三阀门103、第四阀门104、第六阀门106以及第七阀门107，可以控制整个实验回路管道的流量；水平实验段8与竖直实验段9并联安装，通过开关第八阀门108，可以控制所需投入实验的实验段；为有效控制水平实验段8与竖直实验段9的流体进口温度，水平实验段8与竖直实验段9前段布置有预热段7；为节约能耗，在换热实验中接通回热器10，利用水平实验段8或竖直实验段9出口的高温工质加热屏蔽泵201出口的低温工质；为获得换热数据，水平实验段8进出口分别布置了第一K型热电偶401与第二K型热电偶402以测量流体温度，水平实验段8壁面布置有多个贴片热电偶5001-5010以测量水平实验段8壁面温度；同理，竖直实验段9进出口分别布置了第三K型热电偶403与第四K型热电偶404以测量流体温度，竖直实验段9壁面布置有多个贴片热电偶5011-5020以测量竖直实验段9壁面温度；水平实验段8与竖直实验段9均为内径为6mm，外径为8mm的不锈钢圆管制成，长度为1m，采用直流电源通电的方式实现实验段的加热。为监测水平实验段8与竖直实验段9的出口处压力，在水平实验段8与竖直实验段9出口处分别布置有第一压力表1701和第二压力表1702对压力进行监测；高温工质经回热器10后再经冷却回到气液联箱13中，形成闭式循环；以上所有热电偶与压力表的数据采集线终端都连入数据采集系统中，可以时刻记录实验数据信息；三套直流电源加热系统分别与预热段7、水平实验段8及竖直实验段9通过三点式连接，为其提供实验所需的加热功率。
冷却回路由依次连接的冷却回路泵202、电磁流量计602、冷却套管11以及冷却塔12组成，冷却套管11的高温工质入口连通回热器10的高温工质出口；冷却回路泵202用以驱动冷却回路中低温自来水的流动，电磁流量计602用以监测低温自来水的流量大小，通过调节第十三阀门1013可以控制冷却回路的流量；经水平实验段8或竖直实验段9出口流出的高温工质流经冷却套管11，与冷却回路流出的低温自来水在冷却套管11内进行热量交换，高温工质将热量传递给低温自来水后温度降低，然后再经第十阀门1010流入气液联箱13内，完成高温换热工质的冷却循环。在冷却套管11进出口焊接有第五K型热电偶405与第六K型热电偶406，用来监测冷却套管11进出口的低温水的温度；冷却塔12用来冷却与高温换热工质进行热量交换后升温的低温自来水。
压力控制回路由高压氮气瓶16、通过第十四阀门1014与高压氮气瓶16连接的气液联箱13、压力表1703以及安全阀15和第十一阀门1011等组成。当需要增大实验回路的压力时，打开第十四阀门1014，此时高压氮气瓶16会向气液联箱13补充氮气，达到增大实验回路压力的目的；当需要减小实验回路的压力时，打开第十一阀门1011，此时气液联箱13的氮气会通过第十一阀门1011流向大气中，达到减小实验回路压力的目的；第三压力表1703可以实时监测气液联箱13内的压力；气液联箱13的顶部安置有安全阀15，当气液联箱13内的压力高于安全阈值时，安全阀15会自动开启以排出内部多余的高压氮气，实现自动泄压，保护实验回路；当实验系统内的蒸汽过多导至压力过大时，也可以通过打开第九阀门109排出多余蒸汽实现系统的降压。
本发明实验系统的操作流场如下：
(1)启动数据采集系统，在监控主机上观测系统是否正常运行；
(2)开启冷却回路(泵、风机)，并检查冷却回路是否正常；
(3)从气液联箱13中取少量纳米流体样本进行密度测量并记录；
(4)开启实验回路的屏蔽泵201，并检查实验回路是否正常；
(5)调节科式流量计601前段第六阀门106，调整回路流量至所需值；
(6)开启预热段7直流电源，提升流体温度，使实验段入口段流体温度达到所需值；
(7)针对流动换热实验，开启实验段直流电源加热系统，向实验段投入设定功率，进行稳态实验；由于实验段升功率过程中，回路内流体温度的升高，也会引起回路压力的变化，则通过第十一阀门1011适量充放气液联箱13顶端的氮气，以保证在整个实验进程中压力基本恒定；在数据采集系统监控下，水平实验段8或竖直实验段9进出口温度、实验段壁温的变化量在±0.1K之内，并且实验段进出口压差变化量在±0.1kPa之内，实验段加热功率与进出口温差计算所得热平衡误差在±5％之内，则认为实验趋于稳定，若此状态保持10分钟以上认为实验已经稳定，进行实验数据采集；
(8)针对临界热流密度实验，在预设压力和流量下，逐步增加水平实验段8或竖直实验段9的加热功率，每次增加功率不能超过参考值的5％，当壁面过热度达到50℃以上时，不能超过参考值的3％；预设壁面温度到达350℃为报警温度，当达到报警温度之后，每次增加功率不能超过参考值的1％；每一次增加功率前，需确保上一次增加功率后实验回路趋于稳定之后再增加功率；临界热流密度实验全程进行数据采集，在发生沸腾临界时，完全切断加热功率，实验过程中由于实验段含气率的不断提高，回路压力的变化通过稳压装置进行调节；
(9)调节流量、压力参数至下一实验工况所需值，流动换热实验重复第(6)步进行下一工况的稳态实验；临界热流密度实验重复第(7)步进行下一工况实验；
(10)对于流动换热实验，当实验完成后，逐步降低水平实验段8或竖直实验段9以及预热段7的加热功率，要求温度降低的速率要小于5℃/min，在此过程中通过第六阀门106适当调节回路流量；对于临界热流密度实验完成后，需进行一次热电偶的温度响应测试，以保证测量壁温的热电偶完好，有助于进行下一次的临界热流密度实验；
(11)关闭水平实验段8、竖直实验段9以及预热段7的加热功率，关闭屏蔽泵201以及冷却回路泵202与冷却塔12；
(12)打开安全阀15，卸去实验回路压力，关闭安全阀15；
(13)从气液联箱13中取少量纳米流体样本进行密度测量并记录；
(14)关闭监控主机；
(15)关闭数据采集系统。
Claims (8)
1.一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统，包括：实验回路、冷却回路以及压力控制回路，其特征在于：
所述实验回路由依次连接的气液联箱(13)、屏蔽泵(201)、回热器(10)、预热段(7)、水平实验段(8)与竖直实验段(9)组成，还包括冷却套管、超声振荡仪(14)、数据采集系统以及直流电源加热系统；气液联箱(13)上端通过管道与氮气瓶(16)连接，通过氮气瓶(16)向气液联箱(13)补充高压氮气，实现实验回路的压力控制；气液联箱(13)内下端为换热工质，为防止换热工质纳米颗粒的沉积，气液联箱(13)安装有超声振荡仪(14)，在气液联箱(13)底部装有第二阀门(102)便于排污；实验回路采用屏蔽泵(201)提供驱动力；为监测实验回路管道的流量，预热段(7)前段安装有科式流量计(601)；通过配合调节连接在气液联箱(13)与屏蔽泵(201)之间的第一阀门(101)与第三阀门(103)、连接在屏蔽泵(201)与回热器(10)之间的第四阀门(104)、连接在回热器(10)与科式流量计(601)之间的第六阀门(106)以及科式流量计(601)与实验段之间的第七阀门(107)或第八阀门(108)，能够控制整个实验回路管道的流量；水平实验段(8)与竖直实验段(9)并联安装，通过开关第七阀门(107)与第八阀门(108)，能够控制所需投入实验的实验段；为控制水平实验段(8)与竖直实验段(9)的流体进口温度，水平实验段(8)与竖直实验段(9)前段布置有预热段(7)；为节约能耗，在换热实验中接通回热器(10)，利用水平实验段(8)或竖直实验段(9)出口的高温工质加热屏蔽泵(201)出口的低温工质；为获得换热数据，水平实验段(8)进出口分别布置了第一K型热电偶(401)与第二K型热电偶(402)以测量流体温度，水平实验段(8)壁面布置有多个贴片热电偶以测量水平实验段(8)壁面温度；同理，竖直实验段(9)进出口分别布置了第三K型热电偶(403)与第四K型热电偶(404)以测量流体温度，竖直实验段(9)壁面布置有多个贴片热电偶以测量竖直实验段(9)壁面温度；水平实验段(8)与竖直实验段(9)均采用直流电源通电的方式实现实验段的加热；为监测水平实验段(8)与竖直实验段(9)的出口处压力，在水平实验段(8)与竖直实验段(9)出口处分别布置有第一压力表(1701)和第二压力表(1702)对压力进行监测；高温工质经回热器(10)后再经冷却回到气液联箱(13)中，形成闭式循环；以上所有热电偶与压力表的数据采集线终端均连入数据采集系统中，能够时刻记录实验数据信息；三套直流电源加热系统分别与预热段(7)、水平实验段(8)及竖直实验段(9)通过三点式连接，为其提供实验所需的加热功率；
所述冷却回路由依次连接的冷却回路泵(202)、电磁流量计(602)、冷却套管(11)以及冷却塔(12)组成，冷却套管(11)的高温工质入口连通回热器(10)的高温工质出口；冷却回路泵(202)用以驱动冷却回路中低温自来水的流动，电磁流量计(602)用以监测低温自来水的流量大小，通过调节安装在电磁流量计(602)与冷却套管(11)之间的第十三阀门(1013)控制冷却回路的流量；经水平实验段(8)或竖直实验段(9)出口流出的高温工质通过回热器(10)流经冷却套管(11)，与冷却回路流出的低温自来水在冷却套管(11)内进行热量交换，高温工质将热量传递给低温自来水后温度降低，然后再经连接在冷却套管(11)与气液联箱(13)之间的第十阀门(1010)流入气液联箱(13)内，完成高温换热工质的冷却循环；在冷却套管(11)进出口焊接有第五K型热电偶(405)与第六K型热电偶(406)，用来监测冷却套管(11)进出口的低温水的温度；冷却塔(12)用来冷却与高温换热工质进行热量交换后升温的低温自来水；
所述压力控制回路由高压氮气瓶(16)、通过第十四阀门(1014)与高压氮气瓶(16)连接的气液联箱(13)、设置在气液联箱(13)上的第三压力表(1703)以及安全阀(15)和第十一阀门(1011)组成；当需要增大实验回路的压力时，打开连接在高压氮气瓶(16)与气液联箱(13)之间的第十四阀门(1014)，此时高压氮气瓶(16)会向气液联箱(13)补充氮气，达到增大实验回路压力的目的；当需要减小实验回路的压力时，打开气液联箱(13)顶部的第十一阀门(1011)，此时气液联箱(13)的氮气会通过第十一阀门(1011)流向大气中，达到减小实验回路压力的目的；第三压力表(1703)实时监测气液联箱(13)内的压力；气液联箱(13)的顶部安置有安全阀(15)，当气液联箱(13)内的压力高于安全阈值时，安全阀(15)会自动开启以排出内部多余的高压氮气，实现自动泄压，保护实验回路；当实验系统内的蒸汽过多导至压力过大时，则通过打开回热器(10)上方的第九阀门(109)排出多余蒸汽实现系统的降压。
2.根据权利要求1所述的一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统，其特征在于：所述气液联箱(13)具备承压能力，气液联箱(13)采用壁厚为8mm的不锈钢焊制而成，具有至少2.5MPa的承压能力；气液联箱(13)有两个主要作用，其一是在实验回路中是换热工质储蓄箱，其二是在压力控制回路中为氮气缓冲区，兼顾有稳压器作用；气液联箱(13)顶部装有安全阀(15)，当气液联箱(13)内压力高于安全阈值时可自动泄压，保护实验回路；气液联箱(13)内安置有超声振头(14)，持续实现对纳米流体的超声振荡，确保纳米流体的稳定性。
3.根据权利要求1所述的一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统，其特征在于：为实现加热功率的有效控制以及提高实验系统的安全性，保证实验人员的人身安全，电加热系统均为高电流低电压的直接通电直流电源；水平实验段(8)与竖直实验段(9)以及预热段(7)均为316不锈钢导电材质，电加热系统中采用的直流电源根据加热段自身电阻匹配加热的电压电流，实现加热功率的有效控制。
4.根据权利要求1所述的一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统，其特征在于：为提高回热器(10)换热效率，回热器(10)采用套管式换热器，高温换热工质流经外管，低温换热工质流经内管，并以逆流形式进行换热；为在临界热流密度实验中快速控制进口过冷度，回热器(10)外设置有旁路，旁路一端连接在回热器(10)与科式流量计(601)之间，另一端连接在回热器(10)与屏蔽泵(201)之间，通过打开安装在旁路上的第五阀门(105)，能够在临界热流密度实验中屏蔽回热器(10)，换热工质通过回热器旁路流入实验段。
5.根据权利要求1所述的一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统，其特征在于：在冷却回路中，冷却工质采用自来水并安装电磁流量计(602)监测冷却回路流量，冷却套管(11)进出口分别布置有第五K型热电偶(405)与第六K型热电偶(406)，根据冷却工质流量和进出口温度及时得到冷却功率，缩短回路的稳定时间。
6.根据权利要求1所述的一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统，其特征在于：在无特殊工质的情况下，实验回路采用高压氮气瓶(16)调整回路压力，根据第三压力表(1703)监测实时压力数据，调节第十一阀门(1011)控制回路压力；并安装了安全阀(15)，当回路压力大于安全阀阈值时，可以利用安全阀(15)自动泄压以保证回路安全。
7.根据权利要求1所述的一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统，其特征在于：所述水平实验段(8)与竖直实验段(9)均为内径为6mm，外径为8mm的不锈钢圆管制成，长度为1m。
8.权利要求1所述的多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统的实验方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)启动数据采集系统，在监控主机上观测系统是否正常运行；
(2)开启冷却回路，并检查冷却回路是否正常；
(3)从气液联箱(13)中取少量纳米流体样本进行密度测量并记录；
(4)开启实验回路的屏蔽泵(201)，并检查实验回路是否正常；
(5)调节科式流量计(601)前段第六阀门(106)，调整回路流量至所需值；
(6)开启预热段(7)直流电源，提升流体温度，使实验段入口段流体温度达到所需值；
(7)针对流动换热实验，开启实验段直流电源加热系统，向实验段投入设定功率，进行稳态实验；由于实验段升功率过程中，回路内流体温度的升高，也会引起回路压力的变化，则通过第十一阀门(1011)适量充放气液联箱(13)顶端的氮气，以保证在整个实验进程中压力基本恒定；在数据采集系统监控下，水平实验段(8)或竖直实验段(9)进出口温度、实验段壁温的变化量在±0.1K之内，并且实验段进出口压差变化量在±0.1kPa之内，实验段加热功率与进出口温差计算所得热平衡误差在±5％之内，则认为实验趋于稳定，若此状态保持10分钟以上认为实验已经稳定，进行实验数据采集；
(8)针对临界热流密度实验，在预设压力和流量下，逐步增加水平实验段(8)或竖直实验段(9)的加热功率，每次增加功率不能超过参考值的5％，当壁面过热度达到50℃以上时，不能超过参考值的3％；预设壁面温度到达350℃为报警温度，当达到报警温度之后，每次增加功率不能超过参考值的1％；每一次增加功率前，需确保上一次增加功率后实验回路趋于稳定之后再增加功率；临界热流密度实验全程进行数据采集，在发生沸腾临界时，完全切断加热功率，实验过程中由于实验段含气率的不断提高，回路压力的变化通过稳压装置进行调节；
(9)调节流量、压力参数至下一实验工况所需值，流动换热实验重复第(6)步进行下一工况的稳态实验；临界热流密度实验重复第(7)步进行下一工况实验；
(10)对于流动换热实验，当实验完成后，逐步降低水平实验段(8或竖直实验段(9)以及预热段(7)的加热功率，要求温度降低的速率要小于5℃/min，在此过程中通过第六阀门(106)适当调节回路流量；对于临界热流密度实验完成后，需进行一次热电偶的温度响应测试，以保证测量壁温的热电偶完好，有助于进行下一次的临界热流密度实验；
(11)关闭水平实验段(8)、竖直实验段(9)以及预热段(7)的加热功率，关闭屏蔽泵(201)以及冷却回路泵(202)与冷却塔(12)；
(12)打开安全阀(15)，卸去实验回路压力，关闭安全阀(15)；
(13)从气液联箱(13)中取少量纳米流体样本进行密度测量并记录；
(14)关闭监控主机；
(15)关闭数据采集系统。
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