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制造方法及图纸

本发明专利技术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；本发明专利技术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。互不干涉。互不干涉。

Supercritical carbon dioxide thermal experimental device and method with both closed and open circuits

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术涉及超临界二氧化碳热工实验
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术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。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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：
[0015]闭式回路实验过程如下：
[0016]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；
[0017]开式回路实验过程如下：
[0018]介质填充系统通过稳压器对开式回路进行介质填充；开启预加热装置对开式回路进行预热；调节温度和压力达到预设值；使二氧化碳流过第二实验段进行实验。
[0019]进一步的，所述闭式回路第一实验段进出口的压差ΔP为：
[0020]ΔP＝P1‑
P2＝P1′‑
P2′
+ρ
′
gh＝ΔP
′
+ρ
′
gh＝ΔP
g
+ΔP
f
+ΔP
a
[0021]式中：P1和P2分别为第一实验段进口的压力值和出口的压力值；P1′
和P2′
分别为压差表进口压力值和出口压力值，ρ
′
为引压管中气体密度值，ρ为第一实验段内气体密度值，h为第一实验段的高度，ΔP
g
为重力压降，ΔP
f
为摩擦压降，ΔP
a
为加速压降。
[0022]进一步的，所述第一实验段的加热效率η计算方法如下：
[0023][0024]式中：U为直流电压，I为直流电流，为质量流量，h
out
为加热段出口焓值，h
in
为加热段进口焓值。
[0025]进一步的，所述第一实验段总压降ΔP
t
计算过程如下：
[0026]ΔP
t
＝ΔP
g
+ΔP
a
+ΔP
f
+ΔP
d
[0027]式中：ΔP
g
为重力压降，ΔP
a
为加速压降，ΔP
f
为摩擦压降，ΔP
d
为局部压降；
[0028]其中，其中，z为竖直段高度；
[0029]上述公式可以变化为：
[0030]式中：L为测量段长度，h1为进口焓值，h2为出口焓值；
[0031][0032]式中：G为质量流速，ρ1为进口密度，ρ2为出口密度；
[0033][0034]式中：A为流通面积，C为湿周，τ
w
为剪切应力；；
[0035][0036]式中：ξ
d
为局部阻力系数。
[0037]本专利技术的有益效果是：
[0038](1)本专利技术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；
[0039](2)本专利技术中的闭式回路和开式回路共用一个稳压系统，缩小了场地布置面积，简化了实验操作，闭式回路时稳压器系统提供稳压器的功能，稳定回路压力；开式回路时稳压器系统提供储液罐的功能，提供精确的上游参数；
[0040](3)本专利技术采用氮气稳压的方式进行稳压系统布置，稳压器系统工作在室温状态，氮气和二氧化碳存在明显的气液分层，无需额外的固体界面，可实现快速便捷的压力调节。
附图说明
[0041]图1为本专利技术实验装置的结构示意图。
[0042]图2为本专利技术稳压器布置及原理示意图。
[0043]图3为本专利技术二次侧冷却水系统示意图。
[0044]图4为本专利技术第一实验段压差换算原理示意图。
[0045]图中：110
‑
介质填充系统，11
‑
增压泵，12
‑
真空泵，13,14,15
‑
截止阀，120
‑
闭式回路，01,02，03,08
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调节阀，04,05,06,07,09
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截止阀，20
‑
驱动泵，21
‑
第三流量计，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼具闭式和开式回路的超临界二氧化碳热工实验装置，其特征在于，包括介质填充系统(110)、稳压器(40)、闭式回路(120)和开式回路(130)；介质填充系统(110)通过稳压器(40)对开式回路(130)和闭式回路(120)进行介质填充；闭式回路(120)包括依次连接形成闭环的第一实验段(24)、二次侧冷却装置(25)和驱动泵(20)；还包括回热器(23)，回热器(23)通过截止阀调节其投入闭式回路(120)的占比；开式回路(130)包括依次连接的预加热装置(32)、第二实验段(36)和场测量系统(37)。2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述介质填充系统(110)包括低压储气瓶(10)、增压泵(11)和真空泵(12)；真空泵(12)用于对开式回路(12)和闭式回路(130)进行抽真空；增压泵(11)用于将低压储气瓶(10)中的气体通过稳压器(40)填充到开式回路(12)和闭式回路(130)。3.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述二次侧冷却装置(25)一端连接储水箱(28)，另一端连接冷却水泵(29)；储水箱(28)连接用于调节冷却水温度的冷水机(27)，二次侧冷却装置(25)连接储水箱(28)一端设置有测量冷却水流量的冷却水流量计(26)。4.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述稳压器(40)连接氮气瓶(45)，稳压器(40)和氮气瓶(45)之间设置有减压阀(44)。5.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述闭式回路(120)上设置有第一流量计(22)，第一实验段(24)一端连接第一压力表(30)；开式回路(130)上设置有第二流量计(34)和第二压力表(33)；驱动泵(20)并联有第三流量计(21)；第一流量计(22)、第二流量计(34)、第三流量计(21)、第一压力表(30)和第二压力表(33)均连接到处理装置。6.一种如权利要求1～5所述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，其特征在于，包括以下步骤：闭式回路实验过程如下：通过介质填充系统(110)对稳压器(40)和闭式回路(120)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(23)投入效率占比；启动二次侧冷却装置(25)调节冷水温度达到实验预设值；启动回路驱动泵(20)调节投入实验支路的流量；对第一实验段(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：周源，黄家坚，黄彦平，田耕源，曾成天，袁园，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：