一种超临界二氧化碳闭式循环压缩特性实验装置及方法，实验装置包括数据采集控制系统和超临界二氧化碳闭式循环系统。超临界二氧化碳循环系统由二氧化碳储气罐提供二氧化碳气体，经二氧化碳流量控制阀进入二氧化碳循环管路，分别流经压力表、温度计、二氧化碳物性分析仪等数据测量仪器；再经减压控制装置和换热器后完成一个超临界二氧化碳闭式循环；其中换热器通过冷却水循环管路与循环水泵和冷却蓄水池相连，在压缩机进口前装有吹扫阀，在压缩后压力表后面设置有超压安全阀。数据采集控制系统可集中控制二氧化碳流量控制阀、吹扫阀、压缩机电机、循环水泵、二氧化碳物性分析仪和减压控制装置。本发明专利技术实验装置安全高效，可操作性强，实验数据可靠。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，实验装置包括数据采集控制系统和超临界二氧化碳闭式循环系统。超临界二氧化碳循环系统由二氧化碳储气罐提供二氧化碳气体，经二氧化碳流量控制阀进入二氧化碳循环管路，分别流经压力表、温度计、二氧化碳物性分析仪等数据测量仪器；再经减压控制装置和换热器后完成一个超临界二氧化碳闭式循环；其中换热器通过冷却水循环管路与循环水泵和冷却蓄水池相连，在压缩机进口前装有吹扫阀，在压缩后压力表后面设置有超压安全阀。数据采集控制系统可集中控制二氧化碳流量控制阀、吹扫阀、压缩机电机、循环水泵、二氧化碳物性分析仪和减压控制装置。本专利技术实验装置安全高效，可操作性强，实验数据可靠。【专利说明】
本专利技术涉及一种实验装置及方法，尤其涉及一种用于超临界二氧化碳闭式循环压缩特性实验研究的分析实验装置及方法。
技术介绍
纯净物质要根据温度和压力的不同，呈现出液体、气体、固体等状态变化。在温度高于某一数值时，任何大的压力均不能使该纯物质由气相转化为液相，此时的温度即被称之为临界温度；而在临界温度下，气体能被液化的最低压力称为临界压力。温度及压力均处于临界点以上的液体叫超临界流体。超临界流体的物性兼具液体性质与气体性质，它基本上仍是一种气态，但又不同于一般气体，是一种稠密的气态，其密度比一般气体要大两个数量级，与液体相近，它的粘度比液体小，但扩散速度比液体快(约两个数量级)，所以有较好的流动性和传递性能，逐渐被用作动力流体机械的循环工质。而由于二氧化碳的超临界状态相对容易达到，临界温度为31.26°C，临界压力为7.29MPa，并且其在自然界中非常容易获得，制造成本低廉，无毒无害、安全可靠，所以超临界二氧化碳闭式布雷顿循环热力发电系统被认为是未来清洁能源发电领域最有潜力的方案之一。相比传统的蒸汽轮机朗肯循环发电系统，采用超临界二氧化碳流体作为系统循环工质，具有工作参数适中、热效率高、结构简单紧凑、不依赖水源、安全性高等特点，很好解决了传统蒸汽轮机循环所存在的问题，非常适合作为太阳能热发电、高温核电等清洁能源的动力系统。 但也正是由于超临界流体具有的这些独特性质导致其物理性质，如粘度、密度、扩散系数、溶剂化能力等性质随温度和压力变化十分敏感，在临界点附近，会出现流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象。基于上述原因，在将超临界二氧化碳作为动力流体机械循环工质利用前，其物性随温度、压力变化的规律分析尤为重要。但由于超临界流体的压力和温度都较高，所以，目前多数专家学者主要以理论分析和数值模拟手段对超临界二氧化碳闭式循环物性进行分析研究，并没有相关可用于高校教学、研究的实验装置，因此，急需一种可用于超临界二氧化碳闭式循环压缩特性实验研究的分析实验装置。
技术实现思路
技术问题:本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足之处，提供了一种安全高效、可操作性强、实验数据可靠、可用于超临界二氧化碳闭式循环压缩特性实验研究的分析实验装置及方法。 技术方案:本专利技术的超临界二氧化碳闭式循环压缩特性实验装置，它包括数据采集控制系统和超临界二氧化碳闭式循环系统，所述的数据采集控制系统包括分别与计算机相连的变频控制装置和数据采集控制模块；所述的超临界二氧化碳闭式循环系统包括二氧化碳储气罐、与二氧化碳储气罐相连接的二氧化碳循环管路，二氧化碳储气罐的出口管路上设有二氧化碳流量控制阀，二氧化碳循环管路上依次设有压缩前压力表、压缩前温度计、切断阀、压缩前二氧化碳物性分析仪、切断阀、压缩机、切断阀、压缩后二氧化碳物性分析仪、切断阀、压缩后压力表、压缩后温度计、切断阀、减压控制装置、切断阀、减压后压力表、减压后温度计和换热器，串连成一个超临界二氧化碳闭式循环；所述换热器上连有与循环水泵和冷却蓄水池相连通的冷却水循环管路，在压缩机入口管路上设有吹扫阀，在压缩后压力表后设有超压安全阀；所述压缩机上连有与变频控制装置相连的压缩机电机；所述的循环水泵与变频控制装置相连；所述的压缩前二氧化碳物性分析仪、压缩后二氧化碳物性分析仪和减压控制装置分别与数据采集控制模块相连；所述的二氧化碳流量控制阀和吹扫阀直接与计算机相连。 所述超压安全阀的出口管路与大气相通，安全压力值为25MPa。 所述吹扫阀管路出口与大气相通，启动前的吹扫时间设置为100s。 所述压缩机的压比控制范围为I?10。 所述减压装置的出口压力控制范围为2.5MPa?lOMPa。 所述循环水泵控制二氧化碳冷却后温度范围为28°C?90°C。 所述二氧化碳循环管路的耐压强度为50MPa。 一种使用上所述装置的超临界二氧化碳闭式循环压缩特性实验方法，包括如下步骤: (I)吹扫预热过程:通过计算机发出“吹扫阀启动”和“压缩机启动”指令，变频控制装置控制打开吹扫阀，压缩机按照启动频率和转速进行预热启动，同时对二氧化碳的循环管路进行吹扫；吹扫结束后，通过计算机发出“吹扫阀关闭”指令，关闭吹扫阀，然后计算机发出“系统启动”指令，同时控制二氧化碳流量控制阀、变频控制装置和数据采集控制模块，二氧化碳流量控制阀按照指定流量打开，二氧化碳气体进入二氧化碳循环管路，依次流经压缩前二氧化碳分析仪、压缩后二氧化碳分析仪、减压控制装置、换热器及各切断阀，形成超临界二氧化碳闭式循环；与此同时，启动循环水泵，对冷却水循环管路充满冷却水，使冷却水流动于换热器与冷却蓄水池之间；待超临界二氧化碳闭式循环稳定后，计算机发出“二氧化碳流量控制阀”关闭指令，将二氧化碳流量控制阀关闭，系统装置进入实验状态； (2)实验过程:通过计算机控制界面可输入压比、二氧化碳压缩前压力、温度初始数据，指令信号经变频控制装置和数据采集控制模块分别控制压缩机电机的转速、减压控制装置和循环水泵的流量，进而达到各指定参数；超临界二氧化碳循环系统稳定后，记录各压力表和各温度计的实验数据，同时将压缩前后的二氧化碳物性分析仪实验数据经数据采集控制模块传输至计算机中，全程记录二氧化碳密度、黏度、压缩因子的物理量，完成实验过程； (3)收气过程:控制计算机发出“实验完毕”指令，变频控制装置和数据采集控制模块经信号指令处理后，压缩机电机逐渐降低至最低转速，形成通风机效果，并保证压缩机逐渐减速平稳停机；循环水泵逐渐停机，各二氧化碳物性分析仪、减压控制装置停止工作，二氧化碳流量控制阀被打开，同时手动打开二氧化碳闭式循环管路起始端的切断阀；待计算机界面显示二氧化碳流量控制阀的流量接近O时，二氧化碳气体回收至二氧化碳储气罐中，控制计算机发出“关闭压缩机”指令，通过变频控制装置控制压缩机停止工作；关闭循环管路起始端的切断阀。 有益效果:本专利技术提供了一种能够实现二氧化碳在整个跨临界温度范围内各压力条件下的物理性质数据的测量装置，可全面分析超临界二氧化碳闭式循环的压缩特性；通过计算机进行集中控制和数据采集，结合变频技术和数字模块技术，使得实验装置结构简单，可操作性强，实验数据翔实可靠，通过该实验装置完善了超临界二氧化碳闭式循环在临界点区域物性变化随温度、压力变化敏感问题的研究方法。同时本实验装置安装有安全阀，在实验过程中，当压缩机出口处压力超过25MPa后，超压安全阀将自动打开，将超压二氧化碳气体排入大气；当压力降至2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超临界二氧化碳闭式循环压缩特性实验装置，其特征在于：它包括数据采集控制系统（Ⅰ）和超临界二氧化碳闭式循环系统（Ⅱ），所述的数据采集控制系统（Ⅰ）包括计算机（1）、分别与计算机（1）相连的变频控制装置（2）和数据采集控制模块（3）；所述的超临界二氧化碳闭式循环系统（Ⅱ）包括二氧化碳储气罐（4）、与二氧化碳储气罐（4）相连接的二氧化碳循环管路（18），二氧化碳储气罐（4）的出口管路上设有二氧化碳流量控制阀（5），二氧化碳循环管路（18）上依次设有压缩前压力表（6‑1）、压缩前温度计（7‑1）、切断阀（8‑1）、压缩前二氧化碳物性分析仪（9‑1）、切断阀（8‑2）、压缩机（11）、切断阀（8‑3）、压缩后二氧化碳物性分析仪（9‑2）、切断阀（8‑4）、压缩后压力表（6‑2）、压缩后温度计（7‑2）、切断阀（8‑5）、减压控制装置（14）、切断阀（8‑6）、减压后压力表（6‑3）、减压后温度计（7‑3）和换热器（15），串连成一个超临界二氧化碳闭式循环；所述换热器（15）上连有与循环水泵（16）和冷却蓄水池（17）相连通的冷却水循环管路（19），在压缩机（11）入口管路上设有吹扫阀（10），在压缩后压力表（6‑2）后设有超压安全阀（13）；所述压缩机（11）上连有与变频控制装置（2）相连的压缩机电机（12）；所述的循环水泵（16）与变频控制装置（2）相连；所述的压缩前二氧化碳物性分析仪（9‑1）、压缩后二氧化碳物性分析仪（9‑2）和减压控制装置（14）分别与数据采集控制模块（3）相连；所述的二氧化碳流量控制阀（5）和吹扫阀（10）直接与计算机（1）相连。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张昕喆，张国杰，李意民，周忠宁，万波，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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