一种材料深低温漏热率测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种材料深低温漏热率测量装置和方法。它包括内筒、外筒、内法兰、外法兰及绝热泡沫。内筒敞口端焊接在内法兰上，侧面及底面覆盖绝热泡沫，底面焊接有进液管和出气管，进液管上有低温阀门，出气管上连接有低温阀门、压力表及流量计。外筒与内筒同心布置，敞口端通过法兰连接在内法兰上，底面焊接有进液管，同时有出气口，侧面及底面覆盖绝热泡沫。内法兰外沿周向开有螺纹孔。外法兰外侧表面安装测试材料制成的小型部件，剩余面积覆盖绝热泡沫，内侧通过四周螺栓螺母组件紧固在内法兰上。内外筒轴线垂直放置，法兰在下面。外筒、内法兰及外法兰通过同一套螺栓螺母组件连接。外筒和内法兰之间有聚四氟乙烯垫圈。本发明专利技术实现了材料深低温漏热率高精度测量方法。

【技术实现步骤摘要】
一种材料深低温漏热率测量装置和方法
本专利技术属于实验检测装置
，涉及低温流体由于环境漏热引起的相变蒸发率测量装置，尤其涉及一种材料深低温漏热率测量装置和方法。
技术介绍
大型空分系统、以液氢液氧为推进剂的大型火箭以及大型超导磁体都工作在深低温环境，一般涉及液氮、液氧、液氢和液氦等低温流体。由于和环境温差巨大，为了减少低温流体的蒸发，一般低温流体设备都工作在真空或用导热系数非常小的材料包裹绝热。如超导磁体系统一般用液氦/超流氦冷却，整个系统置于真空系统中，通过电流引线连接室温的电源与低温的超导磁体；大型低温空分精馏塔一般通过外部填充膨胀珍珠岩等来绝热；而大推力火箭上的液氢液氧贮箱由于考虑减少质量，往往通过包裹导热系数及密度都很小的泡沫来绝热。然而，不管是真空还是绝热材料，涉及低温流体的管路及设备都需要通过支撑、阀门、连接结构以及一些数据线引出结构，与室温部件物理上相连，从而不可避免引起漏热。这些小部件的漏热可能导致低温流体相变蒸发，从而影响系统稳定运行。特别是对大型火箭系统，漏热将引起推进剂蒸发，一方面导致贮箱压力增加，另一方面导致推进剂减少。因此，在设计、运行低温流体时，必须获得每个部件和结构的漏热率。对小部件的低温漏热率精确测量技术难度较大。一方面因为是小部件，尺寸在几厘米量级，由于绝热需要所选的材料导热系数往往尽可能小，因此漏热率一般都很小，造成测量结果相对误差变大。理论上漏热率虽然可以通过热流计直接测量，但只对如圆柱体等规则形状有效，对复杂结构由于温度分布不均，因此不能直接测量得到。因此漏热率实际上是个间接量，不能直接测量得到，一般通过测量温差(Q＝kΔT/Δx，k为固体平均导热系数，ΔT为温差，Δx为两个温度计间的距离)或低温液体的蒸发率(为低温流体蒸发率，h为潜热)得到，但由于结构小，温度计相对距离小，因此微小的温度和距离测量误差都会导致大的热量误差。另一方面液氮等深低温环境获得困难，漏热途径多样。除了所测量的小部件漏热，往往不可避免存在其他形式的漏热，如辐射漏热，通过其他部件的导热漏热以及剩余分子漏热等，几乎不可能把通过小部件的漏热从总漏热中单独区分出来，从而引起测量误差。因此，需要一种精确测量小部件在低温环境下漏热率的测量方法和装置。现有的技术中，已有针对一般低温装置漏热率测量方法的报道。夏莉等报道了基于热流计的低温绝热管道漏热量的在线测量方法。该方法主要采用热流计直接测量规则形状的管道，与本专利技术采用蒸发率方法测量非规则部件的漏热率，在测量方法、装置结构及测量对象上都不一致。该方法并不能测量非规则结构的部件漏热率。CN201910128677.6公开了一种用于测量低温液体蒸发率的装置及方法，装置包括筒状容器、支撑架、平板、电子秤、若干个热电偶和数据采集系统。该方法基于高精度电子天平测量低温液体由于蒸发而导致的质量减少速率，不能用来测量某个不规则形状部件的漏热率。其结构与原理也与本申请专利不同。CN201310659152.8公开了一种稳定背压的低温容器蒸发率测量系统，包括气体排放管路，放空阀、气体质量流量计，缓冲罐、排放管以及背压控制系统，用以控制环境压力变化对蒸发率的影响。该系统只是用来测量低温容器的蒸发率，而不能用来测量某个部件的漏热率。CN201811342498.4公开了一种低温绝热气瓶蒸发率检测方法，该方法通过体积流量计测量蒸发气体流量得到总漏热量，测量环境温度和压力，由计算得到实际蒸发率。该方法只能测量低温容器总漏热率，基本原理也和本申请专利不同。CN201910241778.4公开了一种基于不同充满率的低温绝热气瓶蒸发率检测方法，该方法通过测量排出气体的流速、密度等参数得到总漏热率、再基于测量到的环境温度、环境压力及容器体积等参数，根据气液不同的传热公式经过理论推导来获得蒸发率。该方法也只能测量低温容器总漏热率，需要测量的物理量更多，基本原理也和本申请专利不同。有文献报道了一种低温容器蒸发率试验装置，该装置利用质量流量计测量大型液氮容器的蒸发率，重点考察大气环境对蒸发率的影响。此外，还有文献报道了基于体积流量计的LNG容器蒸发率测量方法。这些方法都只能测量低温容器整体蒸发率，而不能获得通过特定部件的漏热率。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种材料深低温漏热率测量装置和方法，实现材料深低温漏热率高精度测量。本专利技术一方面提供了一种材料深低温漏热率测量装置，其包括内筒、外筒、内法兰、外法兰及绝热泡沫；内筒和外筒中间段均为圆柱形，底端均为敞口，内筒顶端设置有第一球形封头，外筒顶端设置有第二球形封头；内筒套设在外筒，内筒、外筒、内法兰和外法兰同轴布置；内筒敞口端与内法兰焊接；第一球形封头上设置有进液管和出气管，其中，进液管穿过第一球形封头并伸入内筒内部约1/2内筒高度，进液管上设置有第一低温截止阀；出气管顶端连接有四通；四通的另外三个分支分别连接球阀、流量计和压力传感器，其中，流量计支路还设置有恒压阀、长管路；外筒的敞口端通过外筒法兰与内法兰连接，之间设有聚四氟乙烯密封圈；外筒上设置进液管，并开有排气孔；进液管上设置有第二低温截止阀；外法兰通过螺栓螺母组件与内法兰及外筒法兰连接并紧固；外法兰外侧包裹绝热泡沫，绝热泡沫厚度与被测部件高度一致。优选地，所述的内筒、外筒、内法兰和外法兰的中心轴共线且垂直放置。优选地，所述的外筒与内筒之间留有一定空隙，内筒高度不超过外筒高度的2/3。优选地，所述的内筒、外筒和外法兰外表面都覆盖有绝热材料。优选地，所述的外法兰不直接与内筒和外筒接触，它们之间隔有内法兰，内法兰与内筒采用焊接方式连接，内法兰与外筒法兰以聚四氟乙烯密封圈密封；所述的外筒法兰、聚四氟乙烯密封圈、内法兰、外法兰通过螺栓螺母组件由上到下依次连接并紧固。优选地，所述进液管的底端与内法兰之间的距离为内筒高度的1/3-1/2。优选地，所述的进液管连接在外筒的中间段，排气孔开设在第二球形封头上。本专利技术另一方面公开了应用上述装置进行深低温漏热率测量的方法，其包括如下步骤：1)测量时，外法兰与绝热泡沫之间布置若干铂电阻与热电偶温度计以监测液氮加注过程中温度变化和最终温度稳定时的温度分布；；2)用氮气吹扫内筒和内外筒之间区域，保证没有水分残留；3)用低温液体输送管连接液氮杜瓦罐与第二低温截止阀，打开杜瓦罐上用液阀，液氮通过外筒进液管进入内外筒之间区域，这时观察温度计显示的外法兰表面温度，待其温度降到150～200K，增大液氮杜瓦罐上用液阀开度，此时外法兰表面温度急剧下降，同时外筒排气孔可观察到由于液氮快速蒸发导致的大量水蒸气凝结现象，这时用风扇不断从水平方向吹扫排气孔，防止低温蒸汽沿外筒壁流至绝热泡沫外表面对对测量产生影响；4)当通过温度计观察到外法兰表面温度接近100～120K时，外筒基本冷透，外法兰表面温度下降速度减缓，将液氮杜瓦罐出液口改连接到内筒进液管上的第一低温截止阀处，打开用液阀开始对内筒加注液氮；加注本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种材料深低温漏热率测量装置，其特征在于包括内筒、外筒、内法兰、外法兰及绝热泡沫；/n内筒和外筒中间段均为圆柱形，底端均为敞口，内筒顶端设置有第一球形封头，外筒顶端设置有第二球形封头；内筒套设在外筒，内筒、外筒、内法兰和外法兰同轴布置；内筒敞口端与内法兰焊接；/n第一球形封头上设置有进液管和出气管，其中，进液管穿过第一球形封头并伸入内筒内部约1/2内筒高度，进液管上设置有第一低温截止阀；/n出气管顶端连接有四通；四通的另外三个分支分别连接球阀、流量计和压力传感器，其中，流量计支路还设置有恒压阀、长管路；/n外筒的敞口端通过外筒法兰与内法兰连接，之间设有聚四氟乙烯密封圈；外筒上设置进液管，并开有排气孔；进液管上设置有第二低温截止阀；/n外法兰通过螺栓螺母组件与内法兰及外筒法兰连接并紧固；外法兰外侧包裹绝热泡沫，绝热泡沫厚度与被测部件高度一致。/n

【技术特征摘要】
1.一种材料深低温漏热率测量装置，其特征在于包括内筒、外筒、内法兰、外法兰及绝热泡沫；
内筒和外筒中间段均为圆柱形，底端均为敞口，内筒顶端设置有第一球形封头，外筒顶端设置有第二球形封头；内筒套设在外筒，内筒、外筒、内法兰和外法兰同轴布置；内筒敞口端与内法兰焊接；
第一球形封头上设置有进液管和出气管，其中，进液管穿过第一球形封头并伸入内筒内部约1/2内筒高度，进液管上设置有第一低温截止阀；
出气管顶端连接有四通；四通的另外三个分支分别连接球阀、流量计和压力传感器，其中，流量计支路还设置有恒压阀、长管路；
外筒的敞口端通过外筒法兰与内法兰连接，之间设有聚四氟乙烯密封圈；外筒上设置进液管，并开有排气孔；进液管上设置有第二低温截止阀；
外法兰通过螺栓螺母组件与内法兰及外筒法兰连接并紧固；外法兰外侧包裹绝热泡沫，绝热泡沫厚度与被测部件高度一致。


2.根据权利要求1所述的一种材料深低温漏热率测量装置，其特征在于所述的内筒、外筒、内法兰和外法兰的中心轴共线且垂直放置。


3.根据权利要求1所述的一种材料深低温漏热率测量装置，其特征在于所述的外筒与内筒之间留有一定空隙，内筒高度不超过外筒高度的2/3。


4.根据权利要求1所述的一种材料深低温漏热率测量装置，其特征在于所述的内筒、外筒和外法兰外表面都覆盖有绝热材料。


5.根据权利要求1所述的一种材料深低温漏热率测量装置，其特征在于所述的外法兰不直接与内筒和外筒接触，它们之间隔有内法兰，内法兰与内筒采用焊接方式连接，内法兰与外筒法兰以聚四氟乙烯密封圈密封；所述的外筒法兰、聚四氟乙烯密封圈、内法兰、外法兰通过螺栓螺母组件由上到下依次连接并紧固。


6.根据权利要求1所述的一种材料深低温漏热率测量装置，其特征在于所述进液管的底端与内法兰之间的距离为内筒高度的1/3-1/2。


7.根据权利要求1所述的一种材料深低温漏热率测量装置，其特征在于，所述的进液管连接在外筒的中间段，排气孔开设在第二球形封头上。


8.一种应用权利要求1所述装...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小斌，夏涛，朱文俐，胡正根，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33