絕熱波紋管內(nèi)低溫流體流動阻力和溫度分布測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低溫流體流動與傳熱特性試驗測試裝置，尤其是涉及一種絕熱波紋管內(nèi)低溫流體流動阻力和溫度分布測試裝置，屬于低溫工程與低溫技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]低溫流體流動與傳熱特性是能源開發(fā)、化工冶金、環(huán)境保護、醫(yī)療衛(wèi)生、交通運輸、空間技術(shù)等領(lǐng)域廣泛關(guān)注的基本性質(zhì)，新開發(fā)的產(chǎn)品通常都需要進行相關(guān)的實際測量。尤其是在超導(dǎo)電纜輸電、液化天然氣及液氫燃料的生產(chǎn)儲存和輸運等過程中，廣泛地涉及到各類管路、閥門、變徑等流體器件的流動特性測量。低溫流體的輸送和作為冷卻介質(zhì)的循環(huán)都離不開真空絕熱管道，其中柔性波紋管在這類真空絕熱管中占有很大比例。設(shè)計一種簡單可靠的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)適合多種低溫流體在波紋管內(nèi)特定條件下的流動與傳熱特性標準化測量具有重要價值。
[0003]公開號為CN102435632A的專利公開了一種低溫流體流動沸騰傳熱特性與壓降特性的試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)在真空杜瓦內(nèi)安裝電加熱設(shè)備，主要針對換熱器管道內(nèi)低溫流體流動沸騰這一特定條件開展傳熱與壓降特性研宄；它僅對換熱器管道進出口進行溫度測量，無法實現(xiàn)管道沿程溫度測量。此外，其過冷器無法實現(xiàn)77K以下溫區(qū)的流體預(yù)冷。期刊論文“波紋管內(nèi)流動特性的實驗研宄”(工程熱物理學(xué)報，2008, 10:1725-1727)中公開了一種測量液氮在波紋管內(nèi)流動阻力的實驗裝置，設(shè)有穩(wěn)壓器使得進入波紋管的流體穩(wěn)壓穩(wěn)流，具有一定的優(yōu)勢。但該裝置不便于替換不同規(guī)格的波紋管被測樣品，無法改變傾斜角度，未有測量波紋管沿程溫度分布，未有改變和檢測不同真空度漏熱情況下的性能測量等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種絕熱波紋管內(nèi)低溫流體流動阻力和溫度分布測試裝置，該裝置適合多種低溫流體絕熱波紋管內(nèi)流動阻力和溫度分布測試，裝置簡單，安全可靠，可實現(xiàn)多種條件下的實驗測量，可方便替換被測樣品管路樣品，不僅給出不同漏熱條件下壓降特性，而且同步測量實驗段的溫度分布，更重要的是實現(xiàn)了被測管路在不同傾角下的測量功能。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種絕熱波紋管內(nèi)低溫流體流動阻力和溫度分布測試裝置，該測試裝置包括通過金屬軟管相連接的低溫自增壓儲罐、兩級過冷器、波紋管實驗段、汽化器及氣體流量計，
[0007]所述的波紋管實驗段包括內(nèi)波紋管、外波紋管、大直徑操作腔及內(nèi)部填充芯體，所述的外波紋管套設(shè)在內(nèi)波紋管外部，所述的內(nèi)部填充芯體裝填在內(nèi)波紋管管心處，所述的大直徑操作腔位于外波紋管的兩端，其中，所述的內(nèi)波紋管的兩端與輸送低溫流體的金屬軟管連通，
[0008]在內(nèi)波紋管和外波紋管之間形成真空絕熱空腔，該真空絕熱空腔與充排氣管路相連通，通過充排氣管路調(diào)整真空絕熱空腔內(nèi)真空度，
[0009]在所述的波紋管實驗段內(nèi)設(shè)置有溫度和壓力測量單元以及真空度測量單元，通過波紋管實驗段內(nèi)溫度、壓力與真空度數(shù)據(jù)獲得絕熱波紋管內(nèi)低溫流體流動阻力和溫度分布。
[0010]在金屬軟管上設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥、流量調(diào)節(jié)閥、背壓調(diào)節(jié)閥及開關(guān)閥，所述的壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)在低溫自增壓儲罐與兩級過冷器之間，所述的流量調(diào)節(jié)閥設(shè)在兩級過冷器與波紋管實驗段之間，所述的背壓調(diào)節(jié)閥設(shè)在波紋管實驗段與汽化器之間，所述的開關(guān)閥設(shè)在汽化器與氣體流量計之間。
[0011]所述的兩級過冷器分為第一級過冷器和第二級過冷器，第一級過冷器由第一級盤管置于敞口保溫不銹鋼罐內(nèi)構(gòu)成；第二級過冷器由密閉的廣口杜瓦、置于廣口杜瓦內(nèi)的第二級盤管，以及與廣口杜瓦內(nèi)部連通的機械泵組成了，所述的第一級盤管與第二級盤管順序串聯(lián)在金屬軟管上。根據(jù)兩級過冷器來獲得過冷狀態(tài)的低溫流體，其中第一級過冷器在常壓下完成大部分的熱量交換，第二級過冷器在抽真空的條件下可以實現(xiàn)進一步的過冷換熱。
[0012]所述的內(nèi)部填充芯體用于模擬內(nèi)波紋管內(nèi)插入物，所述的內(nèi)部填充芯體通過聚四氟乙烯螺旋支撐結(jié)構(gòu)固定于內(nèi)波紋管管心，既耐溫，又進入流動阻力極小，更方便于拆卸替換。
[0013]所述的大直徑操作腔通過卡箍與外波紋管連接，使得大直徑操作腔內(nèi)部與內(nèi)波紋管和外波紋管之間形成的真空絕熱空腔相連通，所述的內(nèi)波紋管的兩端與大直徑操作腔內(nèi)的連接管通過卡套接頭連接，大直徑操作腔內(nèi)的連接管與金屬軟管連通，在內(nèi)波紋管和外波紋管之間形成的真空絕熱空腔內(nèi)填充多層絕熱材料。通過打開該大直徑操作腔可實現(xiàn)內(nèi)波紋管的卡套連接操作，以便靈活拆裝和更換被測波紋管和管芯樣品，從而實現(xiàn)被測波紋管和管芯樣品的不同規(guī)格替換實驗。
[0014]所述的充排氣管路與大直徑操作腔內(nèi)部相連通，在充排氣管路上設(shè)有真空泵與真空閥，并在充排氣管路上設(shè)置充氣截止閥。
[0015]所述的溫度和壓力測量單元包括差壓變送器、底部溫度傳感器及頂部溫度傳感器，所述的差壓變送器的兩端與內(nèi)波紋管的兩端連通，所述的差壓變送器實現(xiàn)微壓差測量，所述的底部溫度傳感器等間隔均勻安裝在內(nèi)波紋管的豎直方向的底部外表面，所述的頂部溫度傳感器等間隔均勻安裝在內(nèi)波紋管的豎直方向的頂部外表面；
[0016]所述的真空度測量單元包括與大直徑操作腔內(nèi)部連接的真空規(guī)和數(shù)顯真空計，通過真空規(guī)和數(shù)顯真空計獲取內(nèi)波紋管和外波紋管之間形成的真空絕熱空腔的真空度，通過改變真空度變更波紋管絕熱情況，模擬常年運行的低溫管路不同程度的漏氣工況，可用于監(jiān)測不同真空度下試驗波紋管內(nèi)的流動和傳熱特性。
[0017]所述的差壓變送器、底部溫度傳感器及頂部溫度傳感器均與數(shù)據(jù)采集卡連接，該數(shù)據(jù)采集卡與計算機連接，計算機根據(jù)由差壓變送器、底部溫度傳感器及頂部溫度傳感器獲得的溫度、壓力數(shù)據(jù)，獲得絕熱波紋管內(nèi)低溫流體流動阻力和溫度分布。
[0018]所述的波紋管實驗段安放在支撐基座上，所述的支撐基座為兩段式可升降支架，包括底座、中間可伸縮支架及可拉伸鉸鏈，所述的中間可伸縮支架設(shè)在底座的中部，所述的可拉伸鉸鏈設(shè)有兩個，其一端連接在底座的左端或右端，另一端同時與中間可伸縮支架的頂端鉸接；通過調(diào)整可拉伸鉸鏈的角度實現(xiàn)支撐基座彎角變形，用于不同傾角下絕熱波紋管內(nèi)低溫流體流動阻力和溫度分布測試。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明裝置適合多種低溫流體絕熱波紋管內(nèi)流動阻力和溫度分布測試，裝置簡單，安全可靠，可實現(xiàn)多種條件下的實驗測量，可方便替換被測樣品管路樣品，通過本發(fā)明裝置不僅給出不同漏熱條件下壓降特性，而且同步測量實驗段的溫度分布，更重要的是實現(xiàn)了被測管路在不同傾角下的測量功能。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明測試裝置波紋管實驗段的局部放大圖；
[0022]圖3為本發(fā)明測試裝置支撐基座的升降狀態(tài)示意圖。
[0023]圖中標號:I為低溫自增壓儲罐，2為壓力調(diào)節(jié)閥，3為不銹鋼罐，4為第一級盤管，5為廣口杜瓦，6為第二級盤管，7為機械泵，8為流量調(diào)節(jié)閥，9為大直徑操作腔，10為卡套接頭，11為內(nèi)波紋管，12為卡箍，13為外波紋管，14為真空規(guī)，15為內(nèi)部填充芯體，16為差壓變送器，17為底部溫度傳感器，18為頂部溫度傳感器，19為背壓調(diào)節(jié)閥，20為汽化器，21為開關(guān)閥，22為氣體流量計，23為充氣截止閥，24為真空閥，25為真空泵，26為數(shù)據(jù)采集卡，27為計算機，28為底座，29為中間可伸縮支架，30為可拉伸鉸鏈。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0025]實施例
[0026]一種絕熱波紋管內(nèi)低溫流體流動阻力和溫度分布測試裝置，如圖1、圖2所示，該測試裝置包括通過金屬軟管相連接的低溫自增壓儲罐1、兩級過冷器、波紋管實驗段、汽化器20及氣體流量計22，在金屬軟管上設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥2、流量調(diào)節(jié)閥8、背壓調(diào)節(jié)閥19及開關(guān)閥21，壓力調(diào)節(jié)閥2設(shè)在低溫自增壓儲罐I與兩級過冷器之間，流量調(diào)節(jié)閥8設(shè)在兩級過冷器與波紋管實驗段之間，背壓調(diào)節(jié)閥19設(shè)在波紋管實驗段與汽化器20之間，開關(guān)閥21設(shè)在汽化器20與氣體流量計22之間。
[0027]兩級過冷器分為第一級過冷器和第二級過冷器，第一級過冷器由第一級盤管4置于敞口保溫不銹鋼罐3內(nèi)構(gòu)成；第二級過冷器由密閉的廣口杜瓦5、置于廣口杜瓦5內(nèi)的第二級盤管6，以及與廣口杜瓦5內(nèi)部連通的機械泵7組成了，第一級盤管4與第二級盤管6順序串聯(lián)在金屬軟管上。根據(jù)兩級過冷器來獲得過冷狀態(tài)的低溫流體，其中第一級過冷器在常壓下完成大部分的熱量交換，第二級過冷器在抽真空的條件下利用飽和蒸汽壓對應(yīng)唯一飽和溫度的原理可以實現(xiàn)進一步的過冷換熱。
[0028]其中，波紋管實驗段包括內(nèi)波紋管11、外波紋管13、大直徑操作腔9及內(nèi)部填充芯體15，外波紋管13套設(shè)在內(nèi)波紋管11外部，內(nèi)部填充芯體15用于模擬內(nèi)波紋管11內(nèi)插入物，內(nèi)部填充芯體15通過聚四氟乙烯螺旋支撐結(jié)構(gòu)固定于內(nèi)波紋管11管心，既耐溫，又進入流動阻力極小，更方便于拆卸替換。大直徑操作腔9位于外波紋管13的兩端，大直徑操作腔9通過卡箍12與外波紋管13連接，使得大直徑操作腔9內(nèi)部與內(nèi)波紋管11和外波紋管13之間形成的真空絕熱空腔相連通，內(nèi)波紋管11的兩端與大直徑操作腔9內(nèi)的連接管通過卡套接頭10連接，大直徑操作腔9內(nèi)的連接管與金屬軟管連通，在內(nèi)波紋管11和外波紋管13之間形成的真空絕熱空腔內(nèi)填充多層絕熱材料。通過打開該大直徑操作腔9可實現(xiàn)內(nèi)波紋管11的卡套連接操作，以便靈活拆裝和更換被測波紋管和管芯樣品，從而實現(xiàn)被測波紋管和管芯樣品的不