本实用新型专利技术提供了一种高温高压二氧化碳管内流动传热测试实验装置，属于二氧化碳热工水力测试领域，用于解决现有超临界二氧化碳发电系统的气冷壁和换热器难以有效测量问题。包括依次连接的高压二氧化碳泵、压力传感器、主管安全阀、气囊式稳压器、系统流量计、回热器、主管铠装热电偶、压力调节阀、系统截止阀和过滤器，回热器分别连接有预热系统、实验段测量系统和冷却系统，冷却系统连接在回热器和主管铠装热电偶之间，压力调节阀和系统截止阀之间连接有相互连通的抽真空注液系统和冷凝储液系统，冷凝储液系统连接有支路；本实用新型专利技术可进行不同压力、温度、管径、加热功率的超临界二氧化碳流动传热及不稳定性测试。氧化碳流动传热及不稳定性测试。氧化碳流动传热及不稳定性测试。
【技术实现步骤摘要】
一种高温高压二氧化碳管内流动传热测试实验装置
[0001]本技术属于于二氧化碳热工水力测试
，涉及一种流动传热测试实验装置，特别是一种高温高压二氧化碳管内流动传热测试实验装置。
技术介绍
[0002]超临界流体，是指超出物质气液的临界温度、临界压力、临界容积状态的流体。狭义而言，是指超出临界温度状态的气体或流体。超临界二氧化碳（scCO2）是其中一种超临界流体，其动力循环发电以超高参数二氧化碳为循环工质，采用布雷顿循环及可能的复合循环，实现高效热功转换，当蒸气温度高于550 o
C时，scCO2的热效率高于水蒸汽朗肯循环。
[0003]该发电系统运行在超临界压力，二氧化碳通流能力大，成倍减小发电系统尺寸，是近年来能源领域变革性技术，并被认为是未来清洁能源领域最具潜力的技术方案之一。在上述应用领域中，二氧化碳传热发生在加热器、回热器、冷却器等各种换热器中，全面了解二氧化碳的流动传热规律是系统和部件设计的基础。
[0004]基于此，我们提出了一种高温高压二氧化碳管内流动传热测试实验装置，属于阻力、对流换热系数和流动不稳定性测试
该实验装置由抽真空注液系统、冷凝储液装置、预热电加热系统、冷却回路、CO2工质回路、实验段组成，上述系统和装置共同作用将低温低压的CO2转换成高温高压的超临界态CO2，同时为了减小实验台总加热功率，实验段流出的高温高压CO2的热量被回热器内的低温CO2工质充分吸收，回热器采用套管式或印刷电路板式换热器；可进行不同压力（1~30 MPa）、不同温度（~600 o
C）、不同管径（2
‑
30 mm）、不同加热功率（1
‑
500 kW）的流动传热以及不稳定性测试。该实验装置解决了超临界CO2发电系统气冷壁、换热器等设计过程中存在的数据空白和无关联式参考等问题，对发展新一代发电技术具有重要意义。
技术实现思路
[0005]本技术的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种高温高压二氧化碳管内流动传热测试实验装置，本技术要解决的技术问题是：如何实现在不同压力、温度、管径、加热功率下进行超临界二氧化碳的流动传热及不稳定性测试。
[0006]本技术的目的可通过下列技术方案来实现：
[0007]一种高温高压二氧化碳管内流动传热测试实验装置，包括依次连接的高压二氧化碳泵、压力传感器、主管安全阀、气囊式稳压器、系统流量计、回热器、主管铠装热电偶、压力调节阀、系统截止阀和过滤器，所述回热器分别连接有预热系统、实验段测量系统和冷却系统，其中冷却系统连接在回热器和主管铠装热电偶之间，压力调节阀和系统截止阀之间连接有相互连通的抽真空注液系统和冷凝储液系统，其中冷凝储液系统连接有支路，支路连接在主管安全阀和气囊式稳压器之间。
[0008]所述高压二氧化碳泵为柱塞式计量泵，回热器为套管式换热器，回热器的内管外管都由不锈钢材料制作而成。
[0009]采用以上结构，高压二氧化碳泵一方面为二氧化碳流体提供动力，配合压力调节阀调节系统所需压力，另一方面可以通过变频控制实现对系统流量进行精确控制，气囊式稳压器用来平稳回路二氧化碳流体的流量和压力波动，回热器的内管外管都由不锈钢材料制作而成，价格低，稳定性高、安全性强。
[0010]所述抽真空注液系统包括汇流排和真空泵，汇流排和真空泵分别与压力调节阀连通，汇流排上连接有若干二氧化碳气瓶，二氧化碳气瓶与汇流排之间均设有真空截止阀，二氧化碳气瓶上均设有电加热套。
[0011]采用以上结构，抽真空注液系统的特点是在充装二氧化碳前，为了避免不凝性气体对测量的影响，保证回路处于通路，开启真空泵将整个回路抽真空，直至整个系统的真空度达到 30 Pa以下关闭真空泵，装二氧化碳气瓶的压力通常在8 MPa左右，当二氧化碳气瓶的压力和系统压力相等时，二氧化碳气瓶里多余的二氧化碳则不能继续充进系统，为了提高充装速度和减小二氧化碳的浪费，在二氧化碳气瓶外加装电加热套将二氧化碳的温度升高，从而增大二氧化碳气瓶的压力，实现快速充装。
[0012]所述冷凝储液系统包括工业冷水机和冷凝储罐，工业冷水机的进口端及出口端和冷凝储罐之间分别设有第一流量计和第一离心泵以及第一截止阀，冷凝储罐与抽真空注液系统连接，冷凝储罐上连接有第一铠装热电偶、第一压力变送器和储罐安全阀，冷凝储罐与系统截止阀之间连接有排气阀，工业冷水机依次连接有第一冷却塔、第一储水桶、第二离心泵和第二流量计，冷凝储罐为冷凝器和储液罐组成的一体式罐体，由冷却水筒体、二氧化碳储液罐、冷凝盘管和低温冷水喷管组成。
[0013]采用以上结构，二氧化碳储液罐在冷却水筒体内，冷凝盘管在储液罐和冷却水筒体中间，低温冷水喷管连接冷水机冷侧出口，冷水机冷侧出口温度为摄氏度左右，冷水喷管竖直放置，自下而上流动，冷水喷管管壁轴向和周向方向开设了一定数量的通孔，用来增强换热，通过第二离心泵将第一储水桶内部的冷却水，经由第二流量计注入工业冷水机内部，进行换热，得到的热水，进入第一冷却塔进行冷却，形成循环冷却机制，换热后得到低温的介质通过第一离心泵注入冷凝储罐，对冷凝储罐内部的系统主管进行降温，从而对系统主管内部的二氧化碳流体进行降温。
[0014]所述预热系统包括第一电流调压器和U型管电加热预热器，U型管电加热预热器与回热器连接，U型管电加热预热器上设有若干第一铜电极板，第一电流调压器与若干第一铜电极板之间均通过第一铜辫线连接，U型管电加热预热器由不锈钢管制作而成，第一电流调压器为可控硅低压大电流调压器。
[0015]采用以上结构，通过接入电源，由U型管电加热预热器的不锈钢管自身的电阻发热加热二氧化碳流体，制作过程中在其入口段、中间段和出口段分别用银钎焊焊接结束将铜电极板焊接上去，为了防止电加热漏电影响系统仪器仪表的测量，传统的电绝缘法兰或者绝缘接头在高温高压系统中的难实现，本实施例采用三点加热法，所谓三点加热法就是将直流低压大电流变压器的正极引出两条线，一条接入口段电极板，另一头接出口段电极板，负极直接接中间段电极板，电流在U型管电加热预热器内部形成回路，有效的防止了漏电，第一电流调压器连接低压大电流变压器，通过连续调节第一电流调压器电压，可以改变预热器电加热功率，从而达到实验所需要的温度。
[0016]所述实验段测试系统包括实验段和第二电流调压器，实验段进口端和出口端分别
与U型管电加热预热器以及回热器连接，实验段的两端分别通过高压密封热电偶座设有两个第二铠装热电偶，实验段上设有若干壁面热电偶丝和若干第二铜电极板，实验段上设有两个绝缘接头，两个绝缘接头上通过引压管连接有压差变送器，引压管上分别设有第二压力变送器和第三压力变送器，若干第二铜电极板与第二电流调和压器通过第二铜辫线电性连接，第二铠装热电偶的套管采用316L不锈钢材料，壁面热电偶丝为K型热电偶。
[0017]采用以上结构，为了防止电加热对流体温度测量的第二铠装热电偶影响，第二铠装热电偶为非接触式绝缘铠装热电偶，第二铠装热电偶通过高压密封热本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高温高压二氧化碳管内流动传热测试实验装置，包括依次连接的高压二氧化碳泵（1）、压力传感器（2）、主管安全阀（3）、气囊式稳压器（4）、系统流量计（5）、回热器（6）、主管铠装热电偶（7）、压力调节阀（8）、系统截止阀（9）和过滤器（10），其特征在于，所述回热器（6）分别连接有预热系统（300）、实验段测量系统（400）和冷却系统（500），其中冷却系统（500）连接在回热器（6）和主管铠装热电偶（7）之间，压力调节阀（8）和系统截止阀（9）之间连接有相互连通的抽真空注液系统（100）和冷凝储液系统（200），其中冷凝储液系统（200）连接有支路（11），支路（11）连接在主管安全阀（3）和气囊式稳压器（4）之间。2.根据权利要求1所述的一种高温高压二氧化碳管内流动传热测试实验装置，其特征在于，所述高压二氧化碳泵（1）为柱塞式计量泵，回热器（6）为套管式换热器，回热器（6）的内管外管都由不锈钢材料制作而成。3.根据权利要求1所述的一种高温高压二氧化碳管内流动传热测试实验装置，其特征在于，所述抽真空注液系统（100）包括汇流排（101）和真空泵（102），汇流排（101）和真空泵（102）分别与压力调节阀（8）连通，汇流排（101）上连接有若干二氧化碳气瓶（104），二氧化碳气瓶（104）与汇流排（101）之间均设有真空截止阀（103），二氧化碳气瓶（104）上均设有电加热套（105）。4.根据权利要求1所述的一种高温高压二氧化碳管内流动传热测试实验装置，其特征在于，所述冷凝储液系统（200）包括工业冷水机（201）和冷凝储罐（205），工业冷水机（201）的进口端及出口端和冷凝储罐（205）之间分别设有第一流量计（202）和第一离心泵（203）以及第一截止阀（204），冷凝储罐（205）与抽真空注液系统（100）连接，冷凝储罐（205）上连接有第一铠装热电偶（206）、第一压力变送器（207）和储罐安全阀（208），冷凝储罐（205）与系统截止阀（9）之间连接有排气阀（213），工业冷水机（201）依次连接有第一冷却塔（209）、第一储水桶（210）、第二离心泵（211）和第二流量计（212），冷凝储罐（205）为冷凝器和储液罐组成的一体式罐体，由冷却水筒体、二氧化碳储液罐、冷凝盘管和低温冷水喷管组成。5.根据权利要求1所述的一种高温高压二氧化碳管内流动传热测试实验装置，其特征在于，所述预热系统（300）包括第一电流调压器（301）和U型管电加热预热器（303），U型管电加热预热器（303）与回热器（6）连接，U型管电加热预热器（303）上设有若干第一铜电极板（304），第一电流调压器（301）与若干第一铜电极板（304）之间均通过第一铜辫线（302）连接，U型管电加热预热...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱兵国，施佳宝，巩楷刚，彭斌，何吉祥，孙振豪，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：新型
国别省市：
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