[发明专利]一种用于大口径半气体低温管道实验的温度精确控制方法

说明书

本发明公开了一种用于大口径半气体低温管道实验的温度精确控制方法,包括如下步骤:步骤1、制定先抑后扬的精确温度控制计划；步骤2、根据步骤1制定的精确温度控制计划，采用双通道并行的降温方法对大口径低温管道进行降温；步骤3、采用隔热材料全包覆的保温方法减缓管体温度变化；步骤4、根据变温时间公式计算得出无限精度的目标温度。本发明用于大口径半气体低温管道实验的温度精确控制方法，可以有效精确控制管道的温度变化量，满足管道爆炸实验瞬时的温度高精度要求。

技术领域

本发明涉及一种用于大口径半气体低温管道实验的温度精确控制方法，属于管道爆炸研究技术领域。

背景技术

高压管道道服役环境复杂，部分管线地处寒冷地区，站场环境极限温度可达到-30～-45℃。站场钢管、弯管和管件需裸露在极寒的外部环境下服役，低温脆断的敏感性相对提高。如果管道发生低温脆性导致的断裂事故，将会造成不可估量的损失。因此，为避免管道发生低温脆性断裂，国内外广泛开展了大口径低温高压金属管道道的断裂控制设计和韧性指标确定的研究。

大口径低温管道实验是进行管道低温脆性断裂控制的重要环节。近年来，大量的学者进行了低温试验，但是传统的低温实验方法通常是利用冷冻技术将管道温度降低至目标温度，或者目标温度(保留变温余量)，但是这两种方法由于温度无法实现绝对隔热，且对温度变化没有精确控制导致实验时温度与目标温度相差较大，难以实现温度的精准把控。爆炸实验存在瞬时性的特点，实验时要求在爆炸瞬间管体精确地达到目标温度，即对的时间对的温度。这就迫切需要一种新的温度控制方法以实现对温度的精确控制。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明针对大口径低温管道实验对时间与温度的精确要求，提出一种用于大口径半气体低温管道实验的温度精确控制方法，可以有效精确控制管道的温度变化量，满足管道爆炸实验瞬时的温度高精度要求。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种用于大口径半气体低温管道实验的温度精确控制方法,包括如下步骤:

步骤1、根据变温时间公式计算温度变化量与变温时间t,变温时间公式如下：

假设隔热材料的绝热系数为λ(W/m·k)，隔热层厚度为δ(m)，则温度变化量ΔT与变温时间t的关系为：

式(1)中C₁(C₁T_e-T_o)是变温系数，可以通过试验获得；C₂为时间系数，可以通过试验拟合得到。T_o是目标温度，T_e是环境温度，λ和δ分别为隔热层的材料导热系数和隔热层厚度。

根据温度变化量ΔT与变温时间t制定如图1所示的先抑后扬精确温度控制计划；

步骤2、根据步骤1制定的精确温度控制计划中的升温温差ΔT与目标温度T_o，计算应该设置的初始负温度T_-。然后采用干冰和液氮对大口径低温管道进行双通道并行降温；本发明采用管道内充液氮，管道外覆干冰的快速降温方法，实现大质量管体的温度迅速下降至初始负温度T_-。

步骤3、根据步骤1的隔热材料与隔热层厚度，采取隔热材料全包覆的保温措施迟滞管体温度变化；

步骤4、根据步骤1的计划，在时间t后温度达到目标温度，开展实验。

本发明中的变温时间公式(式1)表达了温度变化量ΔT与变化时间t之间的函数关系，通过该公式，可以获得温度变化量与变化时间一一对应的解析,能够实现温度的精确控制。