[发明专利]一种高温高速气体流动换热特性研究实验装置

说明书

本发明的目的在于提供一种高温高速气体流动换热特性研究实验装置，包括依次相连的压缩机、储气罐、过滤器、稳定过滤器后压力的减压阀、流量调节用的截止阀、气体流量计、管内气体温度传感器、压力传感器、预热器、焊有螺纹底座的进口段腔室和出口段腔室、流动换热实验段、出口压力调节阀、连接各设备的PVC软管和不锈钢管。本发明采用了模块化设计，相对于传统实验装置灵活性高，测量精度提高，研究现象更为丰富，瞬态运行条件下可实现实时、高频数据采集，可模拟反应堆正常运行及事故工作过程，为开式核动力反应堆瞬态运行特性研究提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及的是一种实验装置，具体地说是气体介质传热、摩擦阻力特性研究以及瞬态条件下换热器温度响应特性研究的实验装置。

背景技术

临近空间处于地球表面以上20-100公里的区域，其高度无法满足航空器或航天器的飞行要求，是人类空间应用的盲区。而临近空间在天气预报、电磁通信、高分辨率宽幅成像等方面的重要意义，近年来引起许多国家关注。为了满足临近空间探索的任务需求，临近空间飞行器的研制刻不容缓，核动力飞机具有功率密度大、续航时间长、推力大、覆盖范围广等优点，可作为一种临近空间飞行器。核动力发动机中采用开式循环反应堆，高温高速空气作为冷却剂带走堆芯产生的热量，并作为推进剂为飞行器产生推力。作为一种新型的空气冷却反应堆，与常规反应堆相比有两点不同，其一是空气与常规冷却剂水、氦和液态金属等相比有差异。表现在空气具有可压缩性，且物性参数随温度和压力变化，高温高速空气参数如温度、压力、速度对空气流动阻力及与堆芯的换热性能有较大影响，若发生阻塞和传热恶化，会威胁反应堆的安全运行。其二是反应堆机动性强，运行参数随飞行工况变化，相对于常规反应堆，必须考虑瞬态工况条件下空气的换热特性和反应堆的温度响应特点，以保证热量能被安全带出。国内外针对空气流动换热的实验研究多停留在上世纪60年代前后，近年来有关空气流动换热的研究多为外略式，管内流动换热的研究不足；许多研究主要关注在稳态条件下，恒壁热流密度或温度条件下，整个管道的平均传热能力。瞬态条件及热流密度(如沿反应堆轴向的余弦分布)，变物性空气的流动和热工参数(包括温度、压力、速度和加热功率)变化对流动换热特性的影响特点和机理关注较少。近年来随着学者对新型空气冷却式反应堆的关注度越来越高，研究冷却剂通道中空气的稳态及瞬态流动换热特性，掌握其流动换热机理，从而为设计高效安全的核动力发动机提供指导具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供能够实现快速安装，且能够进行多种气体工质稳态和瞬态条件下的流动换热特性研究的一种高温高速气体流动换热特性研究实验装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种高温高速气体流动换热特性研究实验装置，其特征是：包括压缩机、储气罐、过滤器、减压阀、截止阀、气体流量计、气体温度传感器、压力传感器、预热器、进口段腔室、流动换热实验段、出口段腔室、出口压力调节阀，所述包括压缩机、储气罐、过滤器、减压阀、截止阀、气体流量计、气体温度传感器、压力传感器、预热器、进口段腔室、流动换热实验段、出口段腔室、出口压力调节阀通过实验管道依次相连，所述实验管道包括PVC软管和不锈钢管，压缩机和储气罐之间通过PVC软管相连，过滤器通过螺纹快接头串联到储气罐出口的PVC软管中，减压阀两端带有法兰，一侧的法兰与上游PVC软管连接，另一侧与下游的不锈钢钢管连接，其后方的实验管道均为不锈钢管。

本发明还可以包括：

1、截止阀带有法兰盘，串联在距离减压阀10倍管径位置处。

2、气体流量计通过法兰连接入实验管道，且在上游留有超过10倍管径的直管段，下游留有超过5倍管径的直管段。

3、气体温度传感器和压力传感器带有外螺纹接头；先将内螺纹管座焊接到实验管路中，再将所述螺纹接头缠绕生胶带后，旋入管座。

4、预热器进出口形式为低进高出并通过法兰连接进实验管道，预热器后的进口段腔室与其出口等高，并通过法兰连接。