[发明专利]一种用于螺旋管换热器特性研究的实验系统

权利要求书

1.一种螺旋管换热器特性研究的实验系统，其特征在于，包括高温高压回路及冷却回路；

所述冷却回路包括依次连通设置的冷却水泵、冷却水箱和冷却塔；

所述高温高压回路包括去离子水箱、柱塞泵、回热器、预热组件、带有螺旋管的实验段、直流加热铜排组件、混合器及换热器；

所述去离子水箱、所述柱塞泵、所述回热器、所述预热组件及所述实验段依次连通设置；

所述直流加热铜排组件分别设置在所述实验段的两端；

所述实验段远离所述预热组件的一端连通设置在所述回热器上；

所述混合器的两端分别连通设置在所述回热器和所述换热器上；

所述冷却水泵和所述冷却塔均连通设置在所述换热器上；

所述实验段的加热方法：

螺旋管实验本体在进口与出口位置分别安装固定铜排，采用低电压大电流直接通电的方式进行加热，根据测量获得的电流和电压，得到试验本体的加热功率，有：

Q＝UI

式中Q为加热功率，W；

U为通过实验段的电压，V；

I为通过实验段的电流，A；

设螺旋管的电阻均为R，内径均为D，长度均为L，则热流密度为：

式中q为热流密度，W/m²；

η为试验本体热效率，由每次试验前的热平衡测试获得，根据下式计算：

式中，h_out为热平衡测试时试验本体出口流体焓值，由水物性查得，J/kg；

h_in为热平衡测试时试验本体入口流体焓值，由水物性查得，J/kg；

G_m为流体质量流量，kg/s。

由于实验段均匀加热，沿管长方向流体焓值呈线性分布，故位于管长Li处的流体焓值h_fi为：

式中，h_in，试验本体入口流体焓值，由水物性查得，J/kg；

Δh为流体总焓升，Δh＝q/G_m，J/kg；

L_h为试验本体加热段长度，m。

2.根据权利要求1所述的螺旋管换热器特性研究的实验系统，其特征在于，所述柱塞泵与所述回热器之间并联设置有小流量支路和大流量支路。

3.根据权利要求2所述的螺旋管换热器特性研究的实验系统，其特征在于，所述柱塞泵与所述回热器之间还设置有旁通支路；

所述旁通支路、所述小流量支路及所述大流量支路并联设置。

4.根据权利要求3所述的螺旋管换热器特性研究的实验系统，其特征在于，所述小流量支路、所述大流量支路及所述旁通支路上沿去离子水流动方向均依次设置有手动截止阀、文丘里流量计及电动调节阀。

5.根据权利要求1所述的螺旋管换热器特性研究的实验系统，其特征在于，所述高温高压回路和所述冷却回路中各连接管路上均安装有热电偶。

6.根据权利要求5所述的螺旋管换热器特性研究的实验系统，其特征在于，所述热电偶在管长方向沿去离子水流动方向均匀布置。

7.根据权利要求5所述的螺旋管换热器特性研究的实验系统，其特征在于，所述热电偶在管周方向的同一高度截面的0°、90°、180°及270°分布设置。

8.根据权利要求1所述的螺旋管换热器特性研究的实验系统，其特征在于，所述换热器和所述去离子水箱之间设置有背压阀。

9.根据权利要求1所述的螺旋管换热器特性研究的实验系统，其特征在于，所述预热组件包括第一预热器和第二预热器；

所述回热器、所述第一预热器、所述第二预热器及所述实验段依次连通设置。

10.根据权利要求1所述的螺旋管换热器特性研究的实验系统，其特征在于，所述高温高压回路和所述冷却回路的整体管路材料为不锈钢。