[發明專利]一種CICC導體內液氦流量分配測試裝置及其測試方法

有效

• 申請號: 202110068005.8
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112880756B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 郝強旺;胡立標;施毅;武玉
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01F1/36
• 分類號: G01F1/36;G01F1/88;G01M10/00;G01M13/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

本發明涉及一種CICC導體內液氦流量分配測試裝置及其測試方法，該裝置包括液氦源、液氮源，杜瓦、冷屏、液氦流量計、點熱器、溫度計、數據采集系統等，該測試方法通過點加熱器標記流體微團，通過測量流體微團的移動速度來測量CICC導體內液氦的流量分配。適用于包含中心冷卻管的CICC導體在液氦溫度下測量不同流量液氦的流量分配比例。本發明提供了一種在不改變CICC導體結構的前提下測量液氦在CICC內流動分配的測試方法，可以為CICC導體內熱工水力狀態的研究提供基礎參數。本發明的優點在于，系統可靠，方法易操作。

技術領域

本發明屬于管內電纜導體結構(CICC)熱工水力參數測試領域，主要針對含有中心冷卻管的CICC導體內液氦的流量分配比例進行測量。該裝置可以研究在液氦溫度下，不同流量的液氦在CICC導體電纜區和中心冷卻管區的流量分配情況。

背景技術

由于CICC導體自身結構的優異性能，目前大型超導磁體的繞制大部分都采用CICC導體，CICC導體由一組環形的超導線束和由螺旋管隔開的中央冷卻通道組成，封閉在防漏鋼鎧甲中。由于Nb3Sn、NbTi等超導材料需要在液氦溫度下才能呈現超導態，為了確保用CICC導體構建的超導磁體的安全運行，必須對其熱工水力行為和特性進行詳細的研究，液氦在電纜區和中心冷卻管區的流量分配是其中一個很重要的熱工參數。

由于CICC導體中心冷卻管及電纜區均密閉于導體鎧甲之內，目前，沒有一個裝置能夠對電纜區和中心冷卻管區的冷卻介質的流量分配直接測量。本發明對于導體內冷卻介質在電纜區以及中心冷卻管區流量分配的測量結果可以比較直觀的反映出導體內部冷卻介質的流動狀態。通過實驗測量可以得到導體中心冷卻管區和電纜區的液氦流動速度以及在流動時的流量分配比例等參數，通過本裝置可以較為準確的測量出液氦在CICC導體內的流動狀態，可以為CICC導體的設計優化提供指導。

發明內容

本發明的目的在于建立一種CICC導體內液氦流量分配測試裝置，并提供一種CICC導體內液氦流量分配測試方法，用于研究CICC導體在液氦溫度下，不同流量液氦的在CICC導體內電纜區和中心冷卻管區的流量分配問題，從而為CICC的導體設計，以及由CICC繞制的超導磁體的冷卻設計提供理論依據和指導。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種CICC導體內液氦流量分配測試裝置，該裝置包括液氦源、液氮源、低溫恒溫器、第一流量控制閥、第二流量控制閥、第三流量控制閥、第四流量控制閥、第一質量流量計、第二質量流量計、第一溫度計、第二溫度計、第三溫度計、第四溫度計、第五溫度計、第六溫度計、第一壓力變送器、第二壓力變送器、數據采集系統，液氮、液氦回收裝置，被測樣品；所述液氦源經過第一液氦管道與低溫恒溫器連接，第一液氦管道上有第一流量控制閥用以控制液氦流量；

在所述液氦經過第一液氦管道接入低溫恒溫器后，在第一液氦管道上依次分別設有第一質量流量計、第一壓力變送器、第一溫度計，通過焊接的方式連接到第一液氦管道；第一液氦管道為不銹鋼管道；

所述被測樣品兩端分別與第一喇叭狀空腔和第二喇叭狀空腔通過焊接進行連接，第一、第二喇叭狀空腔的細端分別連接到第一液氦管道和第二液氦管道焊接；

第二液氦管道上依次焊接有第二溫度計、第二壓力變送器，然后引出低溫恒溫器，通過第二液氦管道輸入液氦回收裝置，低溫恒溫器末端的第二液氦管道上設置有第二流量控制閥，與進端的第一流量控制閥一同控制被測樣品的液氦流量；

所述液氮源與第三流量控制閥，第一液氮質量流量計通過第一液氮管道依次相連，然后進入冷屏進行循環換熱，最后經末端第四流量控制閥控制閥通過第二液氮管道與液氮回收裝置相連；

所述被測樣品為含有中心冷卻管的CICC導體，其上設置有相隔預定距離的多個孔，上游第一孔安裝有多個點加熱器，所述多個點加熱器分別位于中心冷卻管區和電纜區，中間孔和下游的孔中裝入第三～第六溫度計。