一种双介质超临界低温热工性能测试平台制造技术

本发明专利技术涉及一种双介质超临界低温热工性能测试平台。本测试平台包括如下组成部分：低温回路，低温回路中设置有两个并联的第一测试样机和第二测试样机；高温回路，高温回路储罐与第一测试样机热侧介质通道之间设置有通过高温介质循环管道串接的高温循环泵、高温回路流量计和用于切断启闭管道的阀门；乙二醇回路，乙二醇储罐与第二测试样机的热侧介质通道之间设置有通过乙二醇循环管道连接的乙二醇循环泵、乙二醇回路流量计和用于切断启闭管道的阀门。本发明专利技术中的技术方案可实现低温介质分别与高温水、乙二醇两种介质换热的热工性能测试，从而大大扩展了超临界低温介质的测试范围。本发明专利技术中的所述低温介质包括但不限于液氮、液氧、液氩、液化天然气等。

A double medium supercritical cryogenic thermal performance test platform

The invention relates to a double medium supercritical low temperature thermal performance test platform. The test platform includes the following components: low temperature loop, a first prototype test and second test sample of two parallel set temperature loop; high temperature loop, through high temperature medium circulation pipeline series high temperature circulating pump, high temperature loop flowmeter and used to cut off the pipeline valve opening and closing is arranged between the tank and the first prototype test loop at high temperature heat medium passage; glycol circuit, is connected by a glycol circulation pipeline glycol circulating pump, flow meter and glycol circuit used to cut off the opening and closing pipeline valve is arranged between the side heat medium passage glycol storage tank and second test prototype. The technical proposal of the invention can realize the thermal performance test of the low-temperature medium and the heat exchange of two mediums of high temperature water and ethylene glycol, thereby greatly extending the testing range of the supercritical cryogenic medium. The cryogenic medium of the present invention includes, but is not limited to, liquid nitrogen, liquid oxygen, liquid argon, liquefied natural gas, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种双介质超临界低温热工性能测试平台
本专利技术属于深冷
，具体涉及一种用于测试超临界低温流体在热交换器内传热与流动的热工性能的双介质超临界低温热工性能测试平台。
技术介绍
随着人们对超临界流体的认识越来越深入，不仅其萃取得到广泛应用，其传热也在多个领域得到应用。如在LNG领域中LNG在气化器内的气化、在超临界空气储能系统中空气的液化和气化、在发电领域中的超临界水堆、在航空航天冷域中超临界碳氢燃料在航空发动机主动冷却等。在这些应用中，尤其是低温LNG领域、超界界空气储能系统，其核心技术无不是超临界低温介质在热交换器内的气化传热，然而用于支撑理论研究的超临界低温流体传热与流动特性测试平台缺乏，急需要一套完善的测试平台。图1所示为目前已知的一套低温热工性能测试平台，其主要由水循环系统和低温系统组成。其水循环系统由开式水箱11a、循环泵12a、阀门、第二流量计13a、温度传感器和压力传感器等组成，其低温系统由低温罐车1a、开关阀门、第一流量计3a、试验样机16a、空浴式气化器2a等组成。其检测时，通过低温罐车1a自带的空浴式气化器2a来提高罐内压力，低温罐车1a内的低温介质从罐底部的出液口流出，经输送管道进入测试样机16a内，在测试样机16a内吸收热量相变成气体排出系统；介质水从水箱11a内流出，通过循环泵12a输送至测试样机16a内，释放热量后回到水箱11a，在水箱11a内通过电加热器10a补充热量以维持水温稳定。测试过程中，分别记录两侧的温度传感器4a、温度传感器6a、温度传感器9a、温度传感器14a、压力传感器5a、压力传感器7a、压力传感器8a、压力传感器15a、第一流量计3a、第二流量计13a的测量数据，通过对测量数据分析得到测试样机16a的热工性能。然而该低温热工性能测试平台存在许多不足之处。如冷侧试验压力靠罐车内的气化器提供，其试验压力达不到超临界态；其低温介质靠罐车低温储罐的压力来输送，不具备流量的调节功能；热侧为开式水循环，只能提供一种试验介质，且试验温度只能介于常温至100℃之间。
技术实现思路
根据现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种双介质超临界低温热工性能测试平台。为了解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：一种双介质超临界低温热工性能测试平台，包括如下组成部分：低温回路，所述低温回路中设有用于容纳低温试验介质的低温回路储罐，低温回路储罐的底部出口端通过进液管道与提供超临界试验压力的往复式柱塞泵相连接，所述柱塞泵的出口管道与两个并联排布的测试样机即第一测试样机和第二测试样机的冷侧介质通道进口端分别相连；所述第一测试样机和第二测试样机的冷侧介质通道出口端与控压排放装置相连接；所述低温回路在进出第一测试样机和第二测试样机的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述低温回路上还设置有低温回路流量计和用于切断启闭管道的阀门；高温回路，所述高温回路中设有用于容纳高温介质的高温回路储罐，所述高温回路储罐与所述第一测试样机热侧介质通道之间设置有高温介质循环管道，所述高温介质循环管道上设置有高温循环泵，且所述高温介质循环管道上在进出第一测试样机的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述高温介质循环管道上还设置有高温回路流量计和用于切断启闭管道的阀门；乙二醇回路，所述乙二醇回路中设有乙二醇储罐，所述乙二醇储罐与所述第二测试样机的热侧介质通道之间设置有乙二醇循环管道，所述乙二醇循环管道上设置有乙二醇循环泵，所述乙二醇循环管道在进出第二测试样机的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述乙二醇循环管道上还设置有乙二醇回路流量计和用于切断启闭管道的阀门。优选的，所述柱塞泵与所述低温回路储罐之间还设置有回气管道，所述回气管道与所述低温回路储罐的上端相连接，且所述回气管道上设置有回气阀。优选的，所述低温回路流量计设置在所述柱塞泵与两个并联排布的测试样机之间的管道上，且所述柱塞泵与所述低温回路流量计之间设置有阻尼器。优选的，所述控压排放装置包括与两个并联排布的测试样机串接的缓冲罐，所述缓冲罐的顶部设置有背压阀和安全阀，所述缓冲罐的底部设置有排污阀。优选的，所述高温回路储罐的顶部设置有充压阀；所述高温回路储罐的底部与所述高温循环泵的进口端相连接，所述高温循环泵的出口端与第一测试样机的热侧介质通道进口端之间串设有高温回路加热器；所述第一测试样机的热侧介质通道出口端的连接管道上设置有高温回路流量计，所述高温回路流量计的出口端与所述高温循环泵的进口端相连接；所述高温循环泵、高温回路加热器、第一测试样机的热侧介质通道、高温回路流量计构成高温介质循环回路。优选的，所述高温回路加热器的出口端还通过高温介质返流管道与所述高温回路储罐的上部相连接；所述高温回路流量计与所述高温循环泵的进口端相连接的管道上以及所述高温介质返流管道上均设置有高温切换阀。作为本专利技术的一种测试方案，当选择高温回路与低温回路进行热工性能测试时，高温回路中的高温介质温度介于常温与350℃之间，且测试方法如下：对于低温回路，关闭低温回路与第二测试样机相连接的阀门，开启低温回路与第一测试样机相连接的阀门；使所述低温回路储罐处于0.1～0.8MPa的低压状态，此时低温回路储罐的底部为液态氮，顶部为低温饱和氮气；低温回路储罐内的液氮在重力作用下从所述进液管道进入所述柱塞泵，通过所述柱塞泵增压至超临界压力后经止回阀、低温回路流量计、第一测试样机冷侧介质通道进口端切换阀、第一测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器、第一测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器进入第一测试样机的冷侧介质通道中吸收高温介质释放的热量转变为超临界气态，然后继续吸热升温至常温，再依次经第一测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器、第一测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器、第一测试样机冷侧介质通道出口端切换阀进入控压排放装置中的缓冲罐，最后经缓冲罐顶部的背压阀排出；对于高温回路，关闭所述高温介质返流管道上的第二高温切换阀，打开所述高温回路流量计与所述高温循环泵进口端之间的连接管道上的第一高温切换阀；运行前先将所述高温回路储罐及高温回路中的管道及设备充满水，并通过充压阀将所述高温回路储罐充氮增压至高于试验温度下水的饱和蒸气压；水由所述高温循环泵输送至所述高温回路加热器并加热至试验温度，经第一测试样机热侧介质通道进口端压力传感器、第一测试样机热侧介质通道进口端温度传感器进入第一测试样机热侧介质通道释放热量给第一测试样机冷侧介质通道中的液氮，再经第一测试样机热侧介质通道出口端温度传感器、第一测试样机热侧介质通道出口端压力传感器、高温回路流量计、第一高温切换阀回到所述高温循环泵入口；在上述测试过程中，通过测控软件记录第一测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器、第一测试样机热侧介质通道出口端温度传感器、第一测试样机热侧介质通道进口端温度传感器、第一测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器、第一测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器、第一测试样机热侧介质通道出口端压力传感器、第一测试样机热侧介质通道进口端压力传感器、第一测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器、低温回路流量计、高温回路流量计的测量数据，通过对测量数据的分析得到超临界氮在第一测试样机内传热与流动的热工性能。优选的，所述乙二醇储罐的底部与所述乙二醇循本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双介质超临界低温热工性能测试平台，包括如下组成部分：低温回路，所述低温回路中设有用于容纳低温试验介质的低温回路储罐(1)，低温回路储罐(1)的底部出口端通过进液管道与提供超临界试验压力的往复式柱塞泵(4)相连接，所述柱塞泵(4)的出口管道与两个并联排布的测试样机即第一测试样机(23)和第二测试样机(42)的冷侧介质通道进口端分别相连；所述第一测试样机(23)和第二测试样机(42)的冷侧介质通道出口端与控压排放装置相连接；所述低温回路在进出第一测试样机(23)和第二测试样机(42)的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述低温回路上还设置有低温回路流量计(7)和用于切断启闭管道的阀门；高温回路，所述高温回路中设有用于容纳高温介质的高温回路储罐(17)，所述高温回路储罐(17)与所述第一测试样机(23)热侧介质通道之间设置有高温介质循环管道，所述高温介质循环管道上设置有高温循环泵(19)，且所述高温介质循环管道上在进出第一测试样机(23)的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述高温介质循环管道上还设置有高温回路流量计(13)和用于切断启闭管道的阀门；乙二醇回路，所述乙二醇回路中设有乙二醇储罐(47)，所述乙二醇储罐(47)与所述第二测试样机(42)的热侧介质通道之间设置有乙二醇循环管道，所述乙二醇循环管道上设置有乙二醇循环泵(46)，所述乙二醇循环管道在进出第二测试样机(42)的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述乙二醇循环管道上还设置有乙二醇回路流量计(36)和用于切断启闭管道的阀门。...

【技术特征摘要】
1.一种双介质超临界低温热工性能测试平台，包括如下组成部分：低温回路，所述低温回路中设有用于容纳低温试验介质的低温回路储罐(1)，低温回路储罐(1)的底部出口端通过进液管道与提供超临界试验压力的往复式柱塞泵(4)相连接，所述柱塞泵(4)的出口管道与两个并联排布的测试样机即第一测试样机(23)和第二测试样机(42)的冷侧介质通道进口端分别相连；所述第一测试样机(23)和第二测试样机(42)的冷侧介质通道出口端与控压排放装置相连接；所述低温回路在进出第一测试样机(23)和第二测试样机(42)的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述低温回路上还设置有低温回路流量计(7)和用于切断启闭管道的阀门；高温回路，所述高温回路中设有用于容纳高温介质的高温回路储罐(17)，所述高温回路储罐(17)与所述第一测试样机(23)热侧介质通道之间设置有高温介质循环管道，所述高温介质循环管道上设置有高温循环泵(19)，且所述高温介质循环管道上在进出第一测试样机(23)的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述高温介质循环管道上还设置有高温回路流量计(13)和用于切断启闭管道的阀门；乙二醇回路，所述乙二醇回路中设有乙二醇储罐(47)，所述乙二醇储罐(47)与所述第二测试样机(42)的热侧介质通道之间设置有乙二醇循环管道，所述乙二醇循环管道上设置有乙二醇循环泵(46)，所述乙二醇循环管道在进出第二测试样机(42)的接头处均设置有温度传感器和压力传感器，且所述乙二醇循环管道上还设置有乙二醇回路流量计(36)和用于切断启闭管道的阀门。2.根据权利要求1所述的一种双介质超临界低温热工性能测试平台，其特征在于：所述柱塞泵(4)与所述低温回路储罐(1)之间还设置有回气管道，所述回气管道与所述低温回路储罐(1)的上端相连接，且所述回气管道上设置有回气阀(3)。3.根据权利要求1所述的一种双介质超临界低温热工性能测试平台，其特征在于：所述低温回路流量计(7)设置在所述柱塞泵(4)与两个并联排布的测试样机之间的管道上，且所述柱塞泵(4)与所述低温回路流量计(7)之间设置有阻尼器(5)。4.根据权利要求1所述的一种双介质超临界低温热工性能测试平台，其特征在于：所述控压排放装置包括与两个并联排布的测试样机串接的缓冲罐(29)，所述缓冲罐(29)的顶部设置有背压阀(27)和安全阀(28)，所述缓冲罐(29)的底部设置有排污阀(30)。5.根据权利要求1～4任一项所述的一种双介质超临界低温热工性能测试平台，其特征在于：所述高温回路储罐(17)的顶部设置有充压阀(16)；所述高温回路储罐(17)的底部与所述高温循环泵(19)的进口端相连接，所述高温循环泵(19)的出口端与第一测试样机(23)的热侧介质通道进口端之间串设有高温回路加热器(20)；所述第一测试样机(23)的热侧介质通道出口端的连接管道上设置有高温回路流量计(13)，所述高温回路流量计(13)的出口端与所述高温循环泵(19)的进口端相连接；所述高温循环泵(19)、高温回路加热器(20)、第一测试样机(23)的热侧介质通道、高温回路流量计(13)构成高温介质循环回路。6.根据权利要求5所述的一种双介质超临界低温热工性能测试平台，其特征在于：所述高温回路加热器(20)的出口端还通过高温介质返流管道与所述高温回路储罐(17)的上部相连接；所述高温回路流量计(13)与所述高温循环泵(19)的进口端相连接的管道上以及所述高温介质返流管道上均设置有高温切换阀。7.根据权利要求6所述的一种双介质超临界低温热工性能测试平台，其特征在于，当选择高温回路与低温回路进行热工性能测试时，高温回路中的高温介质温度介于常温与350℃之间，且测试方法如下：对于低温回路，关闭低温回路与第二测试样机(42)相连接的阀门，开启低温回路与第一测试样机(23)相连接的阀门；使所述低温回路储罐(1)处于0.1～0.8MPa的低压状态，此时低温回路储罐(1)的底部为低温液体，顶部为低温饱和气体；低温回路储罐(1)内的低温介质在重力作用下从所述进液管道进入所述柱塞泵(4)，通过所述柱塞泵(4)增压至超临界压力后经止回阀(6)、低温回路流量计(7)、第一测试样机冷侧介质通道进口端切换阀(8)、第一测试样机冷侧介质通道进口端压力传感器(9)、第一测试样机冷侧介质通道进口端温度传感器(10)进入第一测试样机(23)的冷侧介质通道中吸收高温介质释放的热量转变为超临界气态，然后继续吸热升温至常温，再依次经第一测试样机冷侧介质通道出口端温度传感器(24)、第一测试样机冷侧介质通道出口端压力传感器(25)、第一测试样机冷侧介质通道出口端切换阀(26)进入控压排放装置中的缓冲罐(29)，最后经缓冲罐(29)顶部的背压阀(27)排出；对于高温回路，关闭所述高温介质返流管道上的第二高温切换阀(15)，打开所述高温回路流量计(13)与所述高温循环泵(19)进口端之间的连接管道上的第一高温切换阀(14)；运行前先将所述高温回路储罐(17)内充满水，并通过充压阀(16)将所述高温回路储罐(17)增压至高于试验温度下水的饱和蒸气压；水由所述高温循环泵(19)输送至所述高温回路加热器(20)并加热至试验温度，经第一测试样机热侧介质通道进口端压力传感器(21)、第一测试样机热侧介质通道进口端温度传感器(22)进入第一测试样机(23)热侧介质通道释放热量给第一测试样机(23)冷侧介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪利刚，陈永东，吴晓红，刘孝根，程沛，于改革，周兵，宋嘉梁，张明然，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34