[发明专利]一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统及实验方法

摘要

一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统及实验方法，该系统包括实验回路、压力控制回路以及冷却回路三部分；实验回路由超声振荡仪、循环主泵、回热器、质量流量计、预热段、实验段、数据采集系统以及电加热系统组成；压力控制回路由高压氮气以及气液联箱和安全阀组成；冷却回路由冷却塔、循环泵、冷却套管组成；该实验系统能针对不同组分的纳米流体，在保持纳米流体稳定性的情况下，进行多因素和宽参数下的单相对流换热以及流动沸腾换热和临界热流密度实验研究；本发明还提供了实验方法；确保了纳米流体稳定性、避开分散剂或其他添加剂的影响，便于研究纳米流体单相对流换热、流动沸腾换热以及临界热流密度的影响因素和机理。

主权项

1.一种多因素宽参数纳米流体换热特性实验系统，包括：实验回路、冷却回路以及压力控制回路，其特征在于：所述实验回路由依次连接的气液联箱(13)、屏蔽泵(201)、回热器(10)、预热段(7)、水平实验段(8)与竖直实验段(9)组成，还包括冷却套管、超声振荡仪(14)、数据采集系统以及直流电源加热系统；气液联箱(13)上端通过管道与氮气瓶(16)连接，通过氮气瓶(16)向气液联箱(13)补充高压氮气，实现实验回路的压力控制；气液联箱(13)内下端为换热工质，为防止换热工质纳米颗粒的沉积，气液联箱(13)安装有超声振荡仪(14)，在气液联箱(13)底部装有第二阀门(102)便于排污；实验回路采用屏蔽泵(201)提供驱动力；为监测实验回路管道的流量，预热段(7)前段安装有科式流量计(601)；通过配合调节连接在气液联箱(13)与屏蔽泵(201)之间的第一阀门(101)与第三阀门(103)、连接在屏蔽泵(201)与回热器(10)之间的第四阀门(104)、连接在回热器(10)与科式流量计(601)之间的第六阀门(106)以及科式流量计(601)与实验段之间的第七阀门(107)或第八阀门(108)，能够控制整个实验回路管道的流量；水平实验段(8)与竖直实验段(9)并联安装，通过开关第七阀门(107)与第八阀门(108)，能够控制所需投入实验的实验段；为控制水平实验段(8)与竖直实验段(9)的流体进口温度，水平实验段(8)与竖直实验段(9)前段布置有预热段(7)；为节约能耗，在换热实验中接通回热器(10)，利用水平实验段(8)或竖直实验段(9)出口的高温工质加热屏蔽泵(201)出口的低温工质；为获得换热数据，水平实验段(8)进出口分别布置了第一K型热电偶(401)与第二K型热电偶(402)以测量流体温度，水平实验段(8)壁面布置有多个贴片热电偶以测量水平实验段(8)壁面温度；同理，竖直实验段(9)进出口分别布置了第三K型热电偶(403)与第四K型热电偶(404)以测量流体温度，竖直实验段(9)壁面布置有多个贴片热电偶以测量竖直实验段(9)壁面温度；水平实验段(8)与竖直实验段(9)均采用直流电源通电的方式实现实验段的加热；为监测水平实验段(8)与竖直实验段(9)的出口处压力，在水平实验段(8)与竖直实验段(9)出口处分别布置有第一压力表(1701)和第二压力表(1702)对压力进行监测；高温工质经回热器(10)后再经冷却回到气液联箱(13)中，形成闭式循环；以上所有热电偶与压力表的数据采集线终端均连入数据采集系统中，能够时刻记录实验数据信息；三套直流电源加热系统分别与预热段(7)、水平实验段(8)及竖直实验段(9)通过三点式连接，为其提供实验所需的加热功率；所述冷却回路由依次连接的冷却回路泵(202)、电磁流量计(602)、冷却套管(11)以及冷却塔(12)组成，冷却套管(11)的高温工质入口连通回热器(10)的高温工质出口；冷却回路泵(202)用以驱动冷却回路中低温自来水的流动，电磁流量计(602)用以监测低温自来水的流量大小，通过调节安装在电磁流量计(602)与冷却套管(11)之间的第十三阀门(1013)控制冷却回路的流量；经水平实验段(8)或竖直实验段(9)出口流出的高温工质通过回热器(10)流经冷却套管(11)，与冷却回路流出的低温自来水在冷却套管(11)内进行热量交换，高温工质将热量传递给低温自来水后温度降低，然后再经连接在冷却套管(11)与气液联箱(13)之间的第十阀门(1010)流入气液联箱(13)内，完成高温换热工质的冷却循环；在冷却套管(11)进出口焊接有第五K型热电偶(405)与第六K型热电偶(406)，用来监测冷却套管(11)进出口的低温水的温度；冷却塔(12)用来冷却与高温换热工质进行热量交换后升温的低温自来水；所述压力控制回路由高压氮气瓶(16)、通过第十四阀门(1014)与高压氮气瓶(16)连接的气液联箱(13)、设置在气液联箱(13)上的第三压力表(1703)以及安全阀(15)和第十一阀门(1011)组成；当需要增大实验回路的压力时，打开连接在高压氮气瓶(16)与气液联箱(13)之间的第十四阀门(1014)，此时高压氮气瓶(16)会向气液联箱(13)补充氮气，达到增大实验回路压力的目的；当需要减小实验回路的压力时，打开气液联箱(13)顶部的第十一阀门(1011)，此时气液联箱(13)的氮气会通过第十一阀门(1011)流向大气中，达到减小实验回路压力的目的；第三压力表(1703)实时监测气液联箱(13)内的压力；气液联箱(13)的顶部安置有安全阀(15)，当气液联箱(13)内的压力高于安全阈值时，安全阀(15)会自动开启以排出内部多余的高压氮气，实现自动泄压，保护实验回路；当实验系统内的蒸汽过多导至压力过大时，则通过打开回热器(10)上方的第九阀门(109)排出多余蒸汽实现系统的降压。