[发明专利]兼具闭式和开式回路的超临界二氧化碳热工实验装置及方法

说明书

本发明公开了兼具闭式和开式回路的超临界二氧化碳热工实验装置及方法，包括介质填充系统、稳压器、闭式回路和开式回路；介质填充系统通过稳压器对开式回路和闭式回路进行介质填充；闭式回路包括依次连接形成闭环的第一实验段、二次侧冷却装置和驱动泵；还包括回热器，回热器通过截止阀调节其投入闭式回路的占比；开式回路包括依次连接的预加热装置、第二实验段和场测量系统；本发明采用闭式和开式回路结合的方式，兼顾了闭式实验和开式实验功能，在进行不同公开的实验时相互独立、互不干涉。

技术领域

本发明涉及超临界二氧化碳热工实验技术领域，具体涉及兼具闭式和开式回路的超临界二氧化碳热工实验装置及方法。

背景技术

超临界二氧化碳具有独特的理化性质，在能源领域作为换热工质展示出得天独厚的优势，可广泛应用到新型核电、火力发电、太阳能发电、地热发电以及工业废热利用等领域。当流体处于超临界状态时，流体的密度拥有液体的性质，流体的粘度拥有其他的性质，随着压力和温度的变化不发生相变。在中等温度的循环系统中，工质一直处于单相状态，不仅提高了系统效率，还简化了循环过程，是一种良好的循环工质。

一个热力循环系统关注转换效率的同时，还需要关注系统的安全性和经济性。目前对于超临界二氧化碳既要进行工质的流动传热特性、自然循环特性和动力循环效率等正常运行条件下的实验研究，也要进行临界流动特性、泄压特性、射流特性和系统响应特性等破口泄露条件下的实验研究。需要进行闭式和开式回路实验，目前的超临界二氧化碳实验在需要进行较系统的实验研究和测试时，需要根据具体的条件建设或者改造实验回路，对于小型的试验件或者简单的工况条件则需要额外的时间和工作量。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题提供一种兼具闭式和开式回路的超临界二氧化碳热工实验装置及方法。

本发明采用的技术方案是：

一种兼具闭式和开式回路的超临界二氧化碳热工实验装置，包括介质填充系统、稳压器、闭式回路和开式回路；

介质填充系统通过稳压器对开式回路和闭式回路进行介质填充；

闭式回路包括依次连接形成闭环的第一实验段、二次侧冷却装置和驱动泵；还包括回热器，回热器通过截止阀调节其投入闭式回路的占比；

开式回路包括依次连接的预加热装置、第二实验段和场测量系统。

进一步的，所述介质填充系统包括低压储气瓶、增压泵和真空泵；真空泵用于对开式回路和闭式回路进行抽真空；增压泵用于将低压储气瓶中的气体通过稳压器填充到开式回路和闭式回路。

进一步的，所述二次侧冷却装置一端连接储水箱，另一端连接冷却水泵；储水箱连接用于调节冷却水温度的冷水机，二次侧冷却装置连接储水箱一端设置有测量冷却水流量的冷却水流量计。

进一步的，所述稳压器连接氮气瓶，稳压器和氮气瓶之间设置有调节减压阀。

进一步的，所述闭式回路上设置有第一流量计，第一实验段一端连接第一压力表；开式回路上设置有第二流量计和第二压力表；驱动泵并联有第三流量计；第一流量计、第二流量计、第三流量计、第一压力表和第二压力表均连接到处理装置。

一种兼具闭式和开式回路的超临界二氧化碳热工实验装置的实验方法，包括以下步骤：

闭式回路实验过程如下：

通过介质填充系统对稳压器和闭式回路进行工质的充填；压力和液位达到目标工况之后，调节截止阀根据设定要求确定回热器投入效率占比；启动二次侧冷却装置调节冷水温度达到实验预设值；启动回路驱动泵调节投入实验支路的流量；对第一实验段进行加热进行实验；

开式回路实验过程如下：