[发明专利]一种研究两相膨胀过程的等效膨胀测试系统和方法

说明书

一种研究两相膨胀过程的等效膨胀测试系统和方法，测试系统包括闪蒸工况调节测试模块、工质输入模块、工质输出模块以及数据采集组件；闪蒸工况调节测试模块包括依次相连的定容闪蒸腔、质量流量计、压力调节阀和真空罐；数据采集组件包括布置在定容闪蒸腔内用于测量气相和液相状态的压力传感器和温度传感器；定容闪蒸腔的内部布置有与各种类型膨胀机几何相似的固体边界，固体边界在定容闪蒸腔的带动下做旋转运动，提供与实际膨胀机运动相似及几何相似的边界扰动。本发明的测试方法简洁有效，解决了以往两相膨胀试验研究关键参数难以测量、改变变速扩容曲线和固体边界扰动形式的成本高、周期长的难题。

技术领域

本发明属于膨胀测试领域，具体涉及一种研究两相膨胀过程的等效膨胀测试系统和方法。

背景技术

作为我国能源战略的重要组成部分，提高体量巨大的地热、工业余热以及太阳能等低品位热能的利用率已经迫在眉睫。两相膨胀机是三角形闪蒸循环回收余热以及制冷系统节流损失回收中的关键设备。但其实测效率水平低、增效技术手段缺乏，这是制约两相膨胀机推广应用的瓶颈技术问题。膨胀机内部的两相膨胀过程，属于非平衡闪蒸相变过程。

膨胀机效率受制于闪蒸相变强度。受结构参数限制，膨胀机膨胀腔容积是变速扩大的，约束了两相膨胀过程的压降速率及液体过热度变化。两相膨胀机的膨胀腔是一扭变空间，其固体边界扭转扰动会显著影响闪蒸速率和膨胀效率。膨胀腔变速扩容和转子扭转扰动对膨胀机内闪蒸相变的作用机理不清，导致两相膨胀机效率低、增效技术手段匮乏。

目前，针对膨胀机内闪蒸相变过程的测试研究很少，测试方法并不成熟。已有测试大都通过传统测试方法，在样机或模拟样机上直接进行测试，存在以下不足：(1)受转子运动约束，难以在膨胀腔内部直接布置温度传感器，很难准确获取工质温度；(2)膨胀腔为变速扩容的封闭腔体，无法直接测量闪蒸速率；(3)改变变速扩容曲线和固体边界扰动形式的成本高、周期长，影响因素复杂。这些问题导致两相膨胀机非平衡闪蒸过程机理研究难以深入。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中样机测试过程难以直接测量闪蒸相变等关键物理参数，同时改变变速扩容曲线和固体边界扰动形式成本高、周期长的问题，提供一种研究两相膨胀过程的等效膨胀测试系统和方法，摆脱了膨胀机的结构与运行特性限制，能够适用于各种类型、各种工质的两相膨胀机内部过程测试研究。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种研究两相膨胀过程的等效膨胀测试系统，包括闪蒸工况调节测试模块、工质输入模块、工质输出模块以及数据采集组件；所述的闪蒸工况调节测试模块包括依次相连的定容闪蒸腔、质量流量计、压力调节阀和真空罐，工质输入模块为闪蒸工况调节测试模块提供符合运行工况初始状态的工质，工质输出模块用于将测试工质进行排放或回收；所述的数据采集组件包括布置在定容闪蒸腔内用于测量气相和液相状态的压力传感器和温度传感器；定容闪蒸腔的内部布置有与各种类型膨胀机几何相似的固体边界，固体边界在定容闪蒸腔的带动下做旋转运动，提供与实际膨胀机运动相似及几何相似的边界扰动。

优选的，所述的定容闪蒸腔沿液面不同高度布置有多个用于测量液相状态的温度传感器。

优选的，所述的定容闪蒸腔通过在底面中心安装的扰动器驱动旋转。

优选的，工质输入模块包括依次相连的过滤器、储液罐、工质泵和工质加热组件，所述的工质加热组件为连接管路上的工质加热罐或者设置在定容闪蒸腔中的加热模块；所述的数据采集组件还包括布置在真空罐、储液罐以及工质加热罐上的压力传感器和温度传感器，各个压力传感器和温度传感器的数据通过NI数据采集系统进行采集。

优选的，所述的工质输出模块采用开式或闭式两种形式；开式工质输出模块将对环境无污染的工质直接排出；闭式工质输出模块采用管路将真空罐与工质输入模块连接，管路上设置有压缩机和冷凝器。