一种超临界二氧化碳换热实验系统及实验方法与流程

技术特征：
1.一种超临界二氧化碳换热实验系统，其特征在于：包括气源系统、换热系统、尾气系统和数据采集系统；所述气源系统的出气端与换热系统连通设置，所述数据采集系统设置在换热系统与实验对象相互作用的实验区域，所述换热系统与尾气系统连通，所述尾气系统与气源系统连通和/或与外界连通。2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳换热实验系统，其特征在于：所述气源系统包括自增压二氧化碳气源、电加热器和高压储气装置；所述自增压二氧化碳气源、电加热器和高压储气装置以此连通；二氧化碳气源在进过电加热器后进入到高压储气装置中进行憋压储存。3.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳换热实验系统，其特征在于：所述自增压二氧化碳气源之间设置有第一压力表、第一开关阀门和第一泄压阀；所述第一开关阀门设置在第一压力表和第一泄压阀之间。4.根据权利要求3所述的一种超临界二氧化碳换热实验系统，其特征在于：所述高压储气装置与换热系统之间设置有第二开关阀门、第二压力表、第二泄压阀和第一流量计；所述第二开关阀门设置在高压储气装置的出气端，所第二压力表设置在第二开关阀和第二泄压阀之间，所述第一流量计设置在第二泄压阀之后。5.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳换热实验系统，其特征在于：所述换热系统包括第一热电偶、加热部、测试部件、第二热电偶；所述第一热电偶和第二热电偶分别设置在测试部件的两端，所述加热部对测试部件进行加热；所述第一热电偶和气源系统之间设置有第三开关阀门和第三压力表。6.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳换热实验系统，其特征在于：所述尾气系统包括主管路、第一分管路和第二分管路，所述主管路与测试部件的出口端连通，所述第一分管路和第二分管路分别于主管路连通设置；所述主管路上设置有尾气冷却器、第三热电偶、第三泄压阀和第四压力表；所述第二分管路包括第六开关阀和排空喷管。7.根据权利要求6所述的一种超临界二氧化碳换热实验系统，其特征在于：所述第一分管路与高压储气罐连通设置，所述第一分管路上设置有第四开关阀门、尾气增压泵、第五压力表、第五开关阀门和第四泄压阀；所述第四开关阀设置在第一分管路的进口端处；所述尾气增压泵设置第四开关阀门和第五压力表之间，所述第五开关阀门设置在第五压力表和第四泄压阀之间。8.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳换热实验系统，其特征在于：所述数据采集系统包括热电偶阵列、信号转换器及数据采集卡和处理端；所热电偶阵列设置在测试部件上，用于检测测试部件在受到加热部加热后温度或压力等状态参数的变化；信号转换器及数据采集卡用于将热电偶阵列的信号进行转换，然后传递到处理端进行处理。9.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳换热实验系统，其特征在于：在气源系统和换热系统之间并入有供水标定管路；所述供水标定管路包括水源、第七开关阀门和第二流量计；水源通过供水标定管路进入到换热管路中，第七开关阀门对水源的通断进行控制，第二流量计对进入管路的水量进行统计。10.一种基于上述权利要求1~9任意一项所述超临界二氧化碳换热实验系统的实验方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：数据标定：首次进行实验前，需要对加热器功率和加热流量进行标定；
a、将连通水源的第七开关阀门及第二质量流量计打开，同时保持超临界二氧化碳换热系统、尾气系统为通路，其中尾气系统的第四开关阀门关闭，第六开关阀门打开；开启数据采集系统以进行数据采集；水流稳定后，开启感应线圈辐射加热器或平面火焰炉对测试部件进行加热，利用热电偶阵列进行测试部件的温度变化，同时检测测试段进口热电偶和测试段出口热电偶的读数；稳定后，即可计算测试段接受到的加热量，除以加热面积，即可得到单位面积的热流量；b、改变不同加热功率，再进行测试，即可得到不同加热功率下的热流量，标定完成，关闭开第七关阀门及第二质量流量计，清除管路中的残余水，完成标定作业；实验测试：开启气源系统，第二开关阀门保持关闭，此时以自增压杜瓦瓶存储的高压二氧化碳气源开始往高压储气罐进行灌气，灌气压力按实验压力需求提高3-20倍的余量；灌气完成后，即可开启第二开关阀门，此时超临界二氧化碳开始流经换热系统和尾气系统；待换热系统中的流动稳定后，开启加热部对测试部件进行加热，同时利用数据采集系统进行数据采集，获取测试部件的温度或压力等状态参数的变化，按照标定的换热曲线，通过传热比拟，获取超临界二氧化碳在测试部件内的换热参数，评估超临界二氧化碳在不同流动参数和传热边界条件下的换热效果；根据实验需求进行尾气处理选择，尾气系统可选择进行开路尾气或闭路循环尾气。

技术总结
本发明公开了一种超临界二氧化碳换热实验系统及实验方法，包括气源系统、换热系统、尾气系统和数据采集系统；所述气源系统的出气端与换热系统连通设置，所述数据采集系统设置在换热系统与实验对象相互作用的实验区域，所述换热系统与尾气系统连通，所述尾气系统与气源系统连通和/或与外界连通；发明通过将常规工业二氧化碳气源改为自增压杜瓦瓶存储的高压二氧化碳气源，可免除气源的增压装置，减少气源的不稳定性，缩短超临界二氧化碳的准备时间；本发明采用感应线圈辐射加热或平面火焰加热的方式来进行传热热边界的控制，有效控制范围更宽，且温度和热流量上限更高，便于适应不同形状换热部件的加热要。同形状换热部件的加热要。同形状换热部件的加热要。


技术研发人员：黄崇湘 张健鹏 胡勇 高磊 刘代刚 洪路平 李苍兴 陈寿卫
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2021.10.11
技术公布日：2022/2/28