[實用新型]一種超臨界二氧化碳可視化流動傳熱實驗系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202022401579.6
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN213600620U
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 朱曉靜;杜鑫;呂志昊
• 申請（專利權(quán)）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

1.一種超臨界二氧化碳可視化流動傳熱實驗系統(tǒng)，其特征在于，該超臨界二氧化碳可視化流動傳熱實驗系統(tǒng)包括二氧化碳工質(zhì)循環(huán)測試系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)兩個部分；包括二氧化碳氣瓶(1)、儲液罐(2)、高壓往復泵(3)、脈動阻尼器(4)、渦輪流量計(5)、預熱段(6)、實驗段(7)、激光多普勒測速裝置(8)、套管式冷卻器(9)、風冷式冷水機(10)、閥門、溫度變送器、壓力變送器及輔助設施；

二氧化碳工質(zhì)儲存在儲液罐(2)中，儲液罐(2)上方分別與二氧化碳氣瓶(1)和套管式冷卻器(9)相連通，二氧化碳氣瓶(1)出氣管路上設置有止回閥(v1)和第一壓力變送器(p1)，套管式冷卻器(9)的工質(zhì)回流管路上設置有背壓閥(v12)；儲液罐(2)上方設有氣體排出管路，氣體排出管路上設有第二壓力變送器(p2)，分為兩支，一支路為排氣口，另一支路上設置有安全閥(v2)；儲液罐(2)下方與高壓往復泵(3)相連，管路上設有主閥(v3)，管路分支為廢液排出口；儲液罐(2)上方及側(cè)面分別布置第一溫度變送器(t1)與磁翻板液位計(s2)；另外，為了進行可視化實驗需向管路中投放示蹤粒子，在儲液罐(2)上方設置示蹤粒子投放口(s1)；閉式循環(huán)中，高壓往復泵(3)作為動力驅(qū)動提升系統(tǒng)壓力并維持工質(zhì)循環(huán)，其出口管路安裝脈動阻尼器(4)，將二氧化碳工質(zhì)泵入實驗系統(tǒng)中；實驗系統(tǒng)分為主路及旁路，分別設置主路電動調(diào)節(jié)閥(v4)及旁路電動調(diào)節(jié)閥(v5)，主路與旁路最終匯總于背壓閥(v12)前端，主路電動調(diào)節(jié)閥(v4)及旁路電動調(diào)節(jié)閥(v5)通過遠程控制，與高壓往復泵(3)及背壓閥(v12)共同調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量及壓力；在主路中，主路電動調(diào)節(jié)閥(v4)后端連接渦輪流量計(5)，二者間設置第二溫度變送器t2；渦輪流量計(5)后端連接預熱段(6)，預熱段(6)采用電加熱的形式，將二氧化碳工質(zhì)主流溫度提升至實驗要求值，預熱段(6)后端布置第三溫度變送器(t3)；實驗段(7)前端連接預熱段(6)，后端連接套管式冷卻器(9)；預熱段(6)與實驗段(7)之間設置第三溫度變送器(t3)、第一截止閥(v6)、第二截止閥(v7)、第三壓力變送器(p3)和第四溫度變送器(t4)；實驗段(7)與套管式冷卻器(9)之間設置第四壓力變送器(p4)、第五溫度變送器(t5)、第四截止閥(v9)、第五截止閥(v10)和第六溫度變送器(t6)；第一截止閥(v6)出口端設有支路，支路上設置有第三截止閥(v8)，支路的另一端接通第六溫度變送器(t6)的入口端管路；第三溫度變送器(t3)出口端設有排氣口和支路，支路上設置有第六截止閥(v11)，支路的另一端位于第四截止閥(v9)和第五截止閥(v10)之間；實驗段(7)為豎直放置的可視化方形環(huán)腔流道結(jié)構(gòu)，通過改變不同閥門的開閉，實現(xiàn)不同功能：Ⅰ：開啟第一截止閥(v6)、第三截止閥(v8)，關閉第二截止閥(v7)、第四截止閥(v9)、第五截止閥(v10)、第六截止閥(v11)，可屏蔽實驗段(7)，進行實驗段(7)的更換或檢修工作；Ⅱ：開啟第一截止閥(v6)、第二截止閥(v7)、第四截止閥(v9)、第五截止閥(v10)，關閉第三截止閥(v8)、第六截止閥(v11)，實現(xiàn)自下而上流動；Ⅲ：開啟第二截止閥(v7)、第三截止閥(v8)、第四截止閥(v9)、第六截止閥(v11)，關閉第一截止閥(v6)、第五截止閥(v10)，實現(xiàn)自上而下流動；實驗段(7)上開設可視窗，通過激光多普勒測速裝置(8)實現(xiàn)非接觸式流速測量；實驗段(7)前后分別設置第三壓力變送器(p3)和第四壓力變送器(p4)、第四溫度變送器(t4)和第五溫度變送器(t5)，實現(xiàn)實驗段(7)進出口壓力與溫度的測量，同時，在實驗段(7)內(nèi)加熱管上布置熱電偶實時測量管壁溫度；套管式冷卻器(9)后端管路與實驗系統(tǒng)旁路匯總后連接背壓閥(v12)，背壓閥(v12)后端系統(tǒng)回流管路連接儲液罐(2)；套管式冷卻器(9)中，內(nèi)管走二氧化碳工質(zhì)，外管走冷卻水，冷卻水來源于風冷式冷水機(10)，兩者間形成冷卻水循環(huán)；套管式冷卻器(9)前后設置第六溫度變送器(t6)、第七溫度變送器(t7)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳可視化流動傳熱實驗系統(tǒng)，其特征在于，所述實驗段(7)為方形環(huán)腔流道結(jié)構(gòu)，其內(nèi)布置一根加熱管；加熱管由兩端的盲板法蘭實現(xiàn)定位及整體密封，按流動自下而上分為三個部分：入口充分發(fā)展段、可視化主實驗段和出口緩沖段；其中，可視窗設置在可視化主實驗段前部250mm處。