【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于换热试验，特别是涉及一种基于混合气体调节的换热试验装置及其试验方法。
技术介绍
1、为真实反映将来实际运行环境的燃料行为，均提出精确模拟和控制辐照考验参数要求，燃料辐照装置作为研究核燃料的主要承载装置，其结构特点及性能对试验结果极为重要，另外，在堆内进行试验时，为了能够在辐照考验过程中直接测量试验组件性能的变化以及快速获取主要参数，需要燃料辐照装置能够满足在线获取温度、流量以及一回路水质等信息，目前，不论是材料辐照装置还是燃料辐照装置都是非标设计，需要针对不同的辐照试验要求设计特定的辐照装置，但是现有的基于混合气体调节的燃料辐照装置并不能较好的验证不同气体组分、不同气隙厚度以及不同加热功率等多种条件下对传热的影响。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在提出一种基于混合气体调节的换热试验装置及其试验方法,以解决现有的基于混合气体调节的换热试验装置并不能较好的验证不同气体组分、不同气隙厚度以及不同加热功率等多种条件下对传热的影响的问题的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种基于混合气体调节的换热试验装置，包括电加热器、内套管、外套管以及电加热器接头，所述电加热器与内套管之间为气隙层，所述气隙层通过端头法兰的进气段管接头和出气段管接头与调气系统连接，所述内套管与外套管之间为冷却水层，冷却水层的输出端和输入端分别通过冷却水进口管接头和冷却水出口管接头与冷却水系统连接，所述电加热器接头与电加热器螺纹连接，所述电加热器接头
4、更进一步的，所述进气段阀门与进气段管接口之间的气体管路沿着气体流动方向依次设有进气段温度传感器和进气段压力传感器，所述出气段球阀与出气段管接头之间的气体管路上设有出气段温度传感器。
5、更进一步的，所述进口段下游球阀与冷却水进口管接头之间沿着水流动方向依次设有进水段温度传感器和进水段压力传感器，所述冷却水出口管接头与出口段闸阀之间沿着水流动方向依次设有出水段温度传感器和出水段压力传感器。
6、更进一步的，所述电源为交流电或直流电。
7、更进一步的，电源为直流电时，所述电加热器接头通过直流导线与直流电柜连接，所述调气系统还包括气体分析装置，所述气瓶组的输出端与气体管路的一端连接，所述气体管路的另一端与气体分析装置连通，所述出气段球阀设置在出气段管接头与气体分析装置之间。
8、更进一步的，所述冷却水箱的输出端还连接有备用冷却水泵，所述备用冷却水泵与水泵并联设置，所述备用冷却水泵输出端设有备用泵阀门，所述水泵输出端设有主阀门，所述冷却水系统的水箱回水管路上设有回流段流量计，所述冷却水箱的回流段设有进口段闸阀，所述冷却水箱内设有冷却盘管。
9、更进一步的，所述外套管和电加热器接头皆通过测量线与验电器连接。
10、更进一步的，所述内套管的壁面内埋设有热点偶，所述热电偶通过热电偶引线与第一温度检测仪连接。
11、更进一步的，电源为交流电时，所述电加热器接头通过交流电线与交流电源连接，所述调气系统还包括收集瓶，所述气瓶与收集瓶通过气体管路连接，所述出气段管接头与收集瓶的输出端之间设有出气段球阀，所述进气段球阀与气瓶输出端之间的气体管路上设有气体预混腔，所述水箱内设有水箱温度传感器，所述内套管和外套管的壁面内皆埋设有热点偶，外套管内的热电偶通过热电偶引线与第一温度检测仪连接，内套管内的热电偶通过热电偶引线与第二温度检测仪连接。
12、更进一步的，一种基于混合气体调节的换热试验装置的试验方法，它包括以下步骤：
13、步骤1：将试验段竖直固定在试验台架上；
14、步骤2：根据试验需求，打开进水管路上的进口段下游球阀、进口段上游球阀、进口段闸阀以及出口段闸阀；
15、步骤3：打开设置在气体管路上的气瓶减压阀、进气段球阀和出气段球阀，使气隙层内充满惰性气体；
16、步骤4：通过调整气瓶出口处的气瓶减压阀调节气体成分；
17、步骤5：开始电源对电加热器进行加热；
18、步骤6：监测热电偶的温度变化，待热电偶温度示数保持平稳后，保持稳定状态持续12小时，期间内记录试验参数数据变化；
19、步骤7：通过5次气体调节过程，每次调节气体的温升大小保持接近，直到电加热器的内壁面的温度达到500℃；
20、步骤8：关闭电源，停止对电加热器的加热，保持冷却水流动，对试验段进行持续冷却；
21、步骤9：待试验段电加热器的内壁面温度达到40℃，重新开始电源，对电加热器进行加热，控制线功率密度；
22、步骤10：完成上述对应气隙层厚度的试验后，拆解试验段装置，调节气隙层厚度，再次进行气隙层内混合气体均匀性试验和模拟试验段温度调节试验。
23、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
24、1、该装置可以在原理上模拟惰性气体组分调节模拟装置试验段内的传热特性，试验中的温度、流量、数据均由ni数据采集系统输入pc机，采用专门编制的软件对实验数据进行采集、计算、显示的操作，实现对实验工况的实时监测，另外，本试验装置操作简单，可以以较小的成本完成混合气体调节的换热试验装置模拟试验，从而为惰性气体组分调节模拟装置试验段内的传热特性提供试验数据和可靠的技术支持，本专利技术可实现：
25、（1）不同试验条件下模拟装置试验段气隙内混合气体均匀性研究，通过分析试验过程中的轴向温度数据分布是否均匀，可分析试验装置气隙层内混合气体的均匀性。
26、（2）不同试验条件下模拟装置试验段气隙内混合气体均匀性研究，可分析试验结果的准确性和试验装置的设计合理性，观察试验过程中装置内是否存在控制死区、过调或者反冲现象。
27、（3）不同混合气体组分试验研究，可用于分析随着混合气体比例变化，对气隙层的传热能力的影响，试验件内的温度瞬态响应过程、动态调节特性和稳态运行特性，以得到最佳混合气体组分。
28、（4）不同气隙厚度试验研究，可用于分析气隙厚度对气隙层传热能力的影响，试验件内的温度瞬态响应过程、动态调节特性和稳态运行特性，以得到最佳气隙厚度。
29、（5）不同线功率的试验研究本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于混合气体调节的换热试验装置，其特征在于：包括电加热器（1）、内套管（2）、外套管（3）以及电加热器接头（5），所述电加热器（1）与内套管（2）之间为气隙层，所述气隙层通过端头法兰（4）的进气段管接头（15）和出气段管接头（19）与调气系统连接，所述内套管（2）与外套管（3）之间为冷却水层，冷却水层的输出端和输入端分别通过冷却水进口管接头（6）和冷却水出口管接头（13）与冷却水系统连接，所述电加热器接头（5）与电加热器（1）螺纹连接，所述电加热器接头（5）与电源连接，所述电加热器接头（5）通过定位卡套（22）与陶瓷卡套（21）安装在端头法兰（4）上，所述定位卡套（22）与端头法兰（4）通过M5螺栓（24）连接，所述陶瓷卡套（21）与定位卡套（22）通过M4螺栓（23）连接，所述调气系统包括气瓶（17）、气瓶减压阀（18）、气体管路（28）、进气段球阀（16）以及出气段球阀（20），所述气瓶（17）的出口处设有气瓶减压阀（18），所述气瓶（17）包括不同配比的标气、氦气和氖气，所述气瓶（17）的输出端与进气段管接头（15）之间设有进气段球阀（16），所述出气段管接头（19
2.根据权利要求1所述的一种基于混合气体调节的换热试验装置，其特征在于：所述进气段阀门（16）与进气段管接口（15）之间的气体管路（28）沿着气体流动方向依次设有进气段温度传感器（29）和进气段压力传感器（30），所述出气段球阀（20）与出气段管接头（19）之间的气体管路（28）上设有出气段温度传感器（33）。
3.根据权利要求1所述的一种基于混合气体调节的换热试验装置，其特征在于：所述进口段下游球阀（7）与冷却水进口管接头（6）之间沿着水流动方向依次设有进水段温度传感器（31）和进水段压力传感器（32），所述冷却水出口管接头（13）与出口段闸阀（14）之间沿着水流动方向依次设有出水段温度传感器（34）和出水段压力传感器（35）。
4.根据权利要求1所述的一种基于混合气体调节的换热试验装置，其特征在于：所述电源为交流电或直流电。
5.根据权利要求4所述的一种基于混合气体调节的换热试验装置，其特征在于：电源为直流电时，所述电加热器接头（5）通过直流导线与直流电柜（48）连接，所述调气系统还包括气体分析装置（42），所述气瓶组（17）的输出端与气体管路（28）的一端连接，所述气体管路（28）的另一端与气体分析装置（42）连通，所述出气段球阀（20）设置在出气段管接头（19）与气体分析装置（42）之间。
6.根据权利要求5所述的一种基于混合气体调节的换热试验装置，其特征在于：所述冷却水箱（12）的输出端还连接有备用冷却水泵（45），所述备用冷却水泵（45）与水泵（10）并联设置，所述备用冷却水泵（45）输出端设有备用泵阀门（46），所述水泵（10）输出端设有主阀门（47），所述冷却水系统的水箱回水管路（25）上设有回流段流量计（41），所述冷却水箱（12）的回流段设有进口段闸阀（11），所述冷却水箱（12）内设有冷却盘管（44）。
7.根据权利要求5所述的一种基于混合气体调节的换热试验装置，其特征在于：所述外套管（3）和电加热器接头（5）皆通过测量线与验电器（43）连接。
8.根据权利要求5所述的一种基于混合气体调节的换热试验装置，其特征在于：所述内套管（2）的壁面内埋设有热点偶，所述热电偶通过热电偶引线与第一温度检测仪（26）连接。
9.根据权利要求4所述的一种基于混合气体调节的换热试验装置，其特征在于：电源为交流电时，所述电加热器接头（5）通过交流电线（39）与交流电源（27）连接，所述调气系统还包括收集瓶（38），所述气瓶（17）与收集瓶（38）通过气体管路（28）连接，所述出气段管接头（19）与收集瓶（38）的输出端之间设有出气段球阀（20），所述进气段球阀（16）与气瓶（17）输出端之间的气体管路（28）上设有气体预混腔（37），所述水箱（12）内设有水箱温度传感器（36），所述内套管（2）和外套管（3）的壁面内皆埋设有热点偶，外套管（3）内的热电偶通过热电偶引线与第一温度检测仪（26）连接，内套管（2）内的热电偶通过热电偶...
【技术特征摘要】
1.一种基于混合气体调节的换热试验装置，其特征在于：包括电加热器（1）、内套管（2）、外套管（3）以及电加热器接头（5），所述电加热器（1）与内套管（2）之间为气隙层，所述气隙层通过端头法兰（4）的进气段管接头（15）和出气段管接头（19）与调气系统连接，所述内套管（2）与外套管（3）之间为冷却水层，冷却水层的输出端和输入端分别通过冷却水进口管接头（6）和冷却水出口管接头（13）与冷却水系统连接，所述电加热器接头（5）与电加热器（1）螺纹连接，所述电加热器接头（5）与电源连接，所述电加热器接头（5）通过定位卡套（22）与陶瓷卡套（21）安装在端头法兰（4）上，所述定位卡套（22）与端头法兰（4）通过m5螺栓（24）连接，所述陶瓷卡套（21）与定位卡套（22）通过m4螺栓（23）连接，所述调气系统包括气瓶（17）、气瓶减压阀（18）、气体管路（28）、进气段球阀（16）以及出气段球阀（20），所述气瓶（17）的出口处设有气瓶减压阀（18），所述气瓶（17）包括不同配比的标气、氦气和氖气，所述气瓶（17）的输出端与进气段管接头（15）之间设有进气段球阀（16），所述出气段管接头（19）的输出端之间有出气段球阀（20），所述冷却水系统包括水箱（12）、水泵（10）、进口段上游球阀（9）、流量计（8）、出口段闸阀（14）以及进口段下游球阀（7），所述水箱（12）出水端设有水泵（10），所述水泵（10）与冷却水进口管接头（6）的输送管路上沿着冷却水流动方向依次设有进口段上游球阀（9）、流量计（8）以及进口段下游球阀（7），所述冷却水出口管接头（13）与水箱（12）之间的回水管路（25）上设有出口段闸阀（14）。
2.根据权利要求1所述的一种基于混合气体调节的换热试验装置，其特征在于：所述进气段阀门（16）与进气段管接口（15）之间的气体管路（28）沿着气体流动方向依次设有进气段温度传感器（29）和进气段压力传感器（30），所述出气段球阀（20）与出气段管接头（19）之间的气体管路（28）上设有出气段温度传感器（33）。
3.根据权利要求1所述的一种基于混合气体调节的换热试验装置，其特征在于：所述进口段下游球阀（7）与冷却水进口管接头（6）之间沿着水流动方向依次设有进水段温度传感器（31）和进水段压力传感器（32），所述冷却水出口管接头（13）与出口段闸阀（14）之间沿着水流动方向依次设有出水段温度传感器（34）和出水段压力传感器...
【专利技术属性】
技术研发人员：范广铭，李金霖，李佳明，李宗坤，史尧，阎昌琪，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。