[发明专利]一种促进低温混合工质均匀受热的沸腾换热实验装置

说明书

本发明公开了一种促进低温混合工质均匀受热的沸腾换热实验装置。所述装置包括储液罐、工质混合罐、齿轮泵、过滤器、质量流量计、温度传感器、压力传感器、直流稳压电源、真空罩、真空泵、实验段、数据采集系统、计算机、超声波颗粒检测装置与气化器等装置。实验段为一根镀膜钢管，在本发明中采用了成本低廉、制备工艺简洁、韧性强、自重轻、电热性能稳定的碳纳米管薄膜(CNTF)作为加热装置，因此将其贴附在钢管内壁相较于常见的在管外壁缠绕电加热丝既能使混合工质的受热更加均匀，也能有效避免在计算圆管内壁温度时需要由热流密度、外壁温度的测量结果，再结合圆管所用材料的导热系数来计算所产生的误差，以此来提高沸腾换热实验数据的准确性。本发明适用于对混合工质开展换热系数、压降实验研究，并通过测得的实验数据获得混合工质换热系数、压降随进口温度、热流密度、质量流量等因素的定量影响规律和机理。

技术领域

本发明涉及一种促进低温混合工质均匀受热的沸腾换热实验装置，并较之前实验研究可更为准确地测量出管内流动沸腾换热特性。

背景技术

由于LNG接收站在外输前需要通过加热使之气化，并且在气化过程中会产生大量冷能，因此可以通过特定的工艺和技术来提高 LNG接收站的冷能利用率。LNG冷能发电技术是通过热力学循环将冷能转换成机械能，进而转换成电能进行传输和使用。通过结合国内外的研究现状，可以发现在较为常见的低温发电技术中，有机朗肯循环和布雷顿循环多采用单一工质来作为热力学循环的流体。但在单一工质的有机朗肯循环中，其放热过程不能很好地适应LNG冷能有限容量冷源的特点，在LNG吸热后从液态变成气态的过程中，有着连续光滑的吸热过程温度曲线，而单一工质有机朗肯循环的放热过程存在工质的定温冷凝段，这使得LNG与工质之间的传热存在突出的窄点问题，从而在工质泡点处存在很大的传热温差，这意味着该过程会存在很大的㶲损失。而且目前对于多元混合工质在低温状态下的换热特性缺乏相应的实验研究。因此，在本项目中开展多元混合工质在低温状态下的沸腾换热特性的研究，并得到在低温状态下混合工质的进口温度、热流密度、质量流量对混合工质沸腾换热特性的影响。

在较早研究中，大多实验系统对于实验段的加热会选用管外缠绕电热丝的方法，但此种方法作为加热源的弊端是加热源未与加热工质直接接触，且由于在计算时温度传感器是布置在圆管外壁，而实验所需的内壁温度需要由热流密度、外壁温度的测量结果，再结合圆管所用材料的导热系数来计算得到，在计算时易产生计算误差，并且管外缠绕电加热丝易造成混合工质的受热不均匀，引起实验结果不够准确。因此本发明引入了可贴附在管内的碳纳米管薄膜(CNTF)作为加热源由直流稳压电源直接加热，可消除在以往实验中会存在的混合工质受热不均匀的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种促进低温混合工质均匀受热的沸腾换热实验装置，并解决了在LNG冷能发电技术中对于多元混合工质在低温状态下的换热特性缺乏相应的实验研究的问题。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明的技术方案包括储液罐、工质混合罐、齿轮泵、过滤器、质量流量计、温度传感器、压力传感器、直流稳压电源、真空罩、真空泵、实验段、数据采集系统、计算机、超声波颗粒检测装置、气化器。其特征在于根据实验所需的混合工质组分，通过调节流量计将所需的储液罐中的单一工质通入工质混合罐中，混合均匀后的多元工质依次通过齿轮泵、过滤器、质量流量计进入实验段。在实验段等距安装热电偶并将整个实验段用绝热材料包裹后置于真空罩中以减小散热损失。在出口实验段连接超声波颗粒检测装置，用来检测实验段的含气率，并通过气化器使混合工质完全气化后最终排放至后处理设备中。

实验段由不锈钢管，碳纳米管薄膜(CNTF)，热电偶，包裹在不锈钢管外的绝热材料膨胀珍珠岩组成。若想对实验段进行可视化处理来观察气泡行为，可在实验段安装石英玻璃视窗和用于拍摄实验段的高速摄像仪。