[发明专利]一种高温高压气体流动换热实验装置及方法

说明书

一种高温高压气体流动换热实验装置及方法，用于实验研究气体在高温高压条件下的流动换热及压降特性，实验装置包括供气系统、压缩空气系统、抽真空系统、加热系统、冷却系统和测量仪表及信号采集系统；供气系统用于提供气源，并控制气体压力，保证实验在预定流量下运行并消除流量波动；压缩空气系统提供高压空气以驱动气体增压泵；抽真空系统用于向实验回路充装高纯气体之前，抽走回路中的空气，以及维持实验段真空腔内的真空环境；加热系统为气体预热并加热用于开展高温高压气体流动换热及压降实验的实验段；冷却系统用于冷却实验段流出的高温气体，使其可以循环使用；测量仪表及信号采集系统用于测量实验回路中的压力、流量、温度等参数并进行采集和记录。

技术领域

本发明涉及气体流动换热领域，具体涉及一种高温高压气体气体流动换热实验装置及方法。

背景技术

高温高压气体流动换热实验是高温气冷堆研发的重要课题之一。针对管内对流传热，国外有很多不同形式的传热关系式，各自有其对应的使用范围。但在现有的气体流动传热实验研究中，将圆管直径固定的研究居多，缺乏对不同直径圆管，以及不同宽度矩形窄缝中流动传热特性的研究。现有的气体流动传热实验中，气体出口温度大多不超过700℃，缺少对高出口温度时气体流动传热特性的研究。并且缺乏对小规模，模块式实验台架的设计。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高温高压气体流动换热实验装置及方法，为研究高温高压工况下气体在圆管以及矩形窄缝中的流动换热特性提供实验装置和方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高温高压气体流动换热实验装置，由供气系统、压缩空气系统、抽真空系统、加热系统、冷却系统和测量仪表及信号采集系统组成；所述供气系统主体为高压气体瓶20通过第一阀门17向实验回路提供高纯气体并补充泄露气体，第一缓冲罐9和第二缓冲罐11作为稳压装置，能够有效消除流道内的流量及压力波动；气体增压泵组10将充分冷却的循环气体压缩至高压，高压气体经过第一减压阀12调整回路压力和质量流量，通过第一质量流量控制器14和第二质量流量控制器15对回路流量进行测量，供气管路上布置第一绝缘法兰13以消除实验段加热电极在实验回路上产生的电流；加热系统包括蛇形预热段16与实验段2，实验段2位于真空腔3中，实验段2两端连接差压变送器；蛇形预热段16由电加热丝缠绕，通过调压器调控加载在加热丝上的电压，从而改变蛇形预热段16加热功率，使气体温度达到期望的进口温度；通过在实验段2两端夹持的电加热电极1连接低压大电流的直流电源5进行加热，以满足预计的实验工况，在差压变送器入口取压管上布置第二绝缘法兰6以消除实验段加热电极在差压测量装置上产生的电流；压缩空气系统包括依次连接的螺杆式空压机22、空气缓冲罐23、压缩空气过滤器24、冷冻式压缩空气干燥机25和第二减压阀26，第二减压阀26出口连接气体增压泵组10；通过螺杆式空压机22将常压空气进行压缩，空气缓冲罐23用来消除高压空气的压力波动，通过压缩空气过滤器24以及冷冻式压缩空气干燥机25对压缩空气除尘除油和除水，并通过第二减压阀26调整压缩空气系统出口空气压力；抽真空系统包括真空泵21以及与真空泵21连接的第二阀门18和第三阀门19，第二阀门18入口连接在实验回路上，第三阀门19入口连接真空腔3，抽真空系统在实验开始前抽取实验回路中的空气，并在实验过程中维持真空腔3中的负压；实验段2采用热电偶测量实验段2壁面温度和实验段2进出口的气体温度，采用压力表测量实验段2入口处的气体压力，采用差压变送器测量实验段2进出口处气体压差，并将测量信息以电信号的形式传输至信号采集系统4；冷却系统由空气冷却段7和水冷套管8组成，用于冷却气体，使气体降温后进入第一缓冲罐9，并通过水泵27将储水箱28中储存的冷却水输送至水冷套管8水侧冷却气侧高温气体，通过调节旁通管道上的第四阀门30控制流经水冷套管8的冷却水流量，为提高水冷套管8冷却能力，高温侧气体和低温侧冷却水逆向流动，储水箱28中冷却水从下部流入、自上部流出；所述实验段2、空气冷却段7、水冷套管8气侧、第一缓冲罐9、气体增压泵组10、第二缓冲罐11、第一减压阀12、并联的第一质量流量控制器14和第二质量流量控制器15和蛇形预热段16依次串联组成实验回路。