[發明專利]一種可視化超臨界二氧化碳流動傳熱實驗裝置

在審

• 申請號: 202011145897.9
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112213354A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 朱曉靜;杜鑫;呂志昊
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G09B23/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于二氧化碳應用技術領域，提供了一種可視化超臨界二氧化碳流動傳熱實驗裝置，包括加熱圓管、方腔流道以及盲板法蘭。可視化超臨界二氧化碳流動傳熱實驗裝置可以實現安全穩定的高壓密封超臨界二氧化碳加熱實驗，同時，可視窗的開設能滿足流動傳熱實驗中的非接觸式測量需求。

技術領域

本發明屬于二氧化碳應用技術領域，滿足高校科研單位及工業生產對超臨界二氧化碳應用的科研及商業需求，涉及一種適用于超臨界二氧化碳流動傳熱特性研究的可視化實驗裝置。該裝置采用內管加熱型的超臨界二氧化碳實驗形式，保證穩定的高壓密封以及安全有效的電加熱，同時，側面開設的可視窗結構，可以對超臨界二氧化碳流動參數進行非接觸式測量(激光多普勒測試儀/LDV)，對超臨界流動換熱機理揭示有一定的科研價值。

背景技術

二氧化碳的應用領域涉及電子工業、食品冷藏、化工工藝、超臨界能源動力系統以及超臨界氧化、萃取工藝等等。超臨界二氧化碳的流動換熱情況很大程度上決定了上述工業應用的效率，對于高校科研平臺而言，一個完整的且具備良好可視化測試條件的超臨界二氧化碳流動傳熱實驗裝置顯得尤為關鍵，其不僅可以通過先進的測試手段(LDV)進一步深化超臨界流動傳熱的理論研究，還可以為為超臨界流體商業應用提供可靠的實驗數據，對超臨界二氧化碳工業應用設計合理的系統參數。

可視化超臨界二氧化碳實驗裝置除了具備最重要的可視窗結構，其安全性同樣重要，合理的高壓密封方案以及安全有效的電絕緣方案是該裝置不可或缺的。

發明內容

本發明針對超臨界二氧化碳流動傳熱科研實驗需求，提出了一種帶可視窗結構的超臨界二氧化碳實驗裝置。

本發明的技術方案：

一種可視化超臨界二氧化碳流動傳熱實驗裝置，包括加熱圓管1、方腔流道2以及盲板法蘭3；

所述加熱圓管1為不銹鋼圓管，其安裝于方腔流道2中，由兩端通過盲板法蘭3實現定位及密封；加熱圓管1兩端穿出盲板法蘭3外部分預留為連接加熱極板管段，并采用螺母-擋圈-O型圈結構實現密封；所述方腔流道2兩端焊接方形法蘭，內部流道為方形截面；方腔流道2按流動方向自下而上分為三部分：出口緩沖段Ⅰ、可視化實驗段Ⅱ和入口充分發展段Ⅲ，可視化實驗段Ⅱ中間處開設高壓可視窗；方腔流道2上開設若干焊接管孔位，分別對應出/入口焊接孔4、鎧裝熱電偶焊接孔位5和壓力/壓差表引出管焊接孔6；

所述的加熱圓管1端部，通過焊接螺紋座14配合螺母17固定；焊接螺紋座14焊接在盲板法蘭3的外端面，螺母17與其螺紋配對，通過螺紋旋入擠壓紫銅擋圈16以及氟膠O型圈15，實現加熱圓管1管端部密封；

所述的高壓可視窗，共兩個，位于方腔流道2相對位置處；高壓可視窗包括攻絲螺紋7、高壓視鏡8、厚紫銅圓墊9、螺紋壓緊視窗10以及O型圈11；在方腔流道2上開有T型槽，T型槽口位置處設置有攻絲螺紋7，螺紋壓緊視窗10位于T型槽的大階梯中，螺紋壓緊視窗10與T型槽的小階梯間放置高壓視鏡8；螺紋壓緊視窗10與方腔流道2之間設有厚紫銅圓墊9，方腔流道2與厚紫銅圓墊9、厚紫銅圓墊9與螺紋壓緊視窗10、螺紋壓緊視窗10與T型槽之間均設有O型圈11密封。

本發明的有益效果是可視化超臨界二氧化碳流動傳熱實驗裝置可以實現安全穩定的高壓密封超臨界二氧化碳加熱實驗，同時，可視窗的開設能滿足流動傳熱實驗中的非接觸式測量需求。

附圖說明

圖1是本發明的主結構圖。

圖2是A-A與E-E截面對應的焊接孔位圖。

圖3是B-B與C-C截面對應的焊接孔位圖。

圖4是可視窗結構圖。

圖5是盲板法蘭(穿孔)結構圖。

圖6是本發明密封裝置結構圖。