[發明專利]一種多因素寬參數納米流體換熱特性實驗系統及實驗方法

在審

• 申請號: 201810487682.1
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108896604A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 武俊梅;王云;鄧匡漢;蘇光輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種多因素寬參數納米流體換熱特性實驗系統，包括：實驗回路、冷卻回路以及壓力控制回路，其特征在于：

所述實驗回路由依次連接的氣液聯箱(13)、屏蔽泵(201)、回熱器(10)、預熱段(7)、水平實驗段(8)與豎直實驗段(9)組成，還包括冷卻套管、超聲振蕩儀(14)、數據采集系統以及直流電源加熱系統；氣液聯箱(13)上端通過管道與氮氣瓶(16)連接，通過氮氣瓶(16)向氣液聯箱(13)補充高壓氮氣，實現實驗回路的壓力控制；氣液聯箱(13)內下端為換熱工質，為防止換熱工質納米顆粒的沉積，氣液聯箱(13)安裝有超聲振蕩儀(14)，在氣液聯箱(13)底部裝有第二閥門(102)便于排污；實驗回路采用屏蔽泵(201)提供驅動力；為監測實驗回路管道的流量，預熱段(7)前段安裝有科式流量計(601)；通過配合調節連接在氣液聯箱(13)與屏蔽泵(201)之間的第一閥門(101)與第三閥門(103)、連接在屏蔽泵(201)與回熱器(10)之間的第四閥門(104)、連接在回熱器(10)與科式流量計(601)之間的第六閥門(106)以及科式流量計(601)與實驗段之間的第七閥門(107)或第八閥門(108)，能夠控制整個實驗回路管道的流量；水平實驗段(8)與豎直實驗段(9)并聯安裝，通過開關第七閥門(107)與第八閥門(108)，能夠控制所需投入實驗的實驗段；為控制水平實驗段(8)與豎直實驗段(9)的流體進口溫度，水平實驗段(8)與豎直實驗段(9)前段布置有預熱段(7)；為節約能耗，在換熱實驗中接通回熱器(10)，利用水平實驗段(8)或豎直實驗段(9)出口的高溫工質加熱屏蔽泵(201)出口的低溫工質；為獲得換熱數據，水平實驗段(8)進出口分別布置了第一K型熱電偶(401)與第二K型熱電偶(402)以測量流體溫度，水平實驗段(8)壁面布置有多個貼片熱電偶以測量水平實驗段(8)壁面溫度；同理，豎直實驗段(9)進出口分別布置了第三K型熱電偶(403)與第四K型熱電偶(404)以測量流體溫度，豎直實驗段(9)壁面布置有多個貼片熱電偶以測量豎直實驗段(9)壁面溫度；水平實驗段(8)與豎直實驗段(9)均采用直流電源通電的方式實現實驗段的加熱；為監測水平實驗段(8)與豎直實驗段(9)的出口處壓力，在水平實驗段(8)與豎直實驗段(9)出口處分別布置有第一壓力表(1701)和第二壓力表(1702)對壓力進行監測；高溫工質經回熱器(10)后再經冷卻回到氣液聯箱(13)中，形成閉式循環；以上所有熱電偶與壓力表的數據采集線終端均連入數據采集系統中，能夠時刻記錄實驗數據信息；三套直流電源加熱系統分別與預熱段(7)、水平實驗段(8)及豎直實驗段(9)通過三點式連接，為其提供實驗所需的加熱功率；

所述冷卻回路由依次連接的冷卻回路泵(202)、電磁流量計(602)、冷卻套管(11)以及冷卻塔(12)組成，冷卻套管(11)的高溫工質入口連通回熱器(10)的高溫工質出口；冷卻回路泵(202)用以驅動冷卻回路中低溫自來水的流動，電磁流量計(602)用以監測低溫自來水的流量大小，通過調節安裝在電磁流量計(602)與冷卻套管(11)之間的第十三閥門(1013)控制冷卻回路的流量；經水平實驗段(8)或豎直實驗段(9)出口流出的高溫工質通過回熱器(10)流經冷卻套管(11)，與冷卻回路流出的低溫自來水在冷卻套管(11)內進行熱量交換，高溫工質將熱量傳遞給低溫自來水后溫度降低，然后再經連接在冷卻套管(11)與氣液聯箱(13)之間的第十閥門(1010)流入氣液聯箱(13)內，完成高溫換熱工質的冷卻循環；在冷卻套管(11)進出口焊接有第五K型熱電偶(405)與第六K型熱電偶(406)，用來監測冷卻套管(11)進出口的低溫水的溫度；冷卻塔(12)用來冷卻與高溫換熱工質進行熱量交換后升溫的低溫自來水；

所述壓力控制回路由高壓氮氣瓶(16)、通過第十四閥門(1014)與高壓氮氣瓶(16)連接的氣液聯箱(13)、設置在氣液聯箱(13)上的第三壓力表(1703)以及安全閥(15)和第十一閥門(1011)組成；當需要增大實驗回路的壓力時，打開連接在高壓氮氣瓶(16)與氣液聯箱(13)之間的第十四閥門(1014)，此時高壓氮氣瓶(16)會向氣液聯箱(13)補充氮氣，達到增大實驗回路壓力的目的；當需要減小實驗回路的壓力時，打開氣液聯箱(13)頂部的第十一閥門(1011)，此時氣液聯箱(13)的氮氣會通過第十一閥門(1011)流向大氣中，達到減小實驗回路壓力的目的；第三壓力表(1703)實時監測氣液聯箱(13)內的壓力；氣液聯箱(13)的頂部安置有安全閥(15)，當氣液聯箱(13)內的壓力高于安全閾值時，安全閥(15)會自動開啟以排出內部多余的高壓氮氣，實現自動泄壓，保護實驗回路；當實驗系統內的蒸汽過多導至壓力過大時，則通過打開回熱器(10)上方的第九閥門(109)排出多余蒸汽實現系統的降壓。