[实用新型]一体化换热器的流动与传热性能的测试系统

说明书

本实用新型涉及电子特气、氢能、及低温制冷技术领域，特别涉及到一体化换热器的流动与传热性能的测试系统；本实用新型以管路次序连接的氢气压缩模块、氢气纯化模块、测试模块和其他模块构成系统主体，先测定出一体化换热器中氢气流量、进出口温度、压力和仲氢浓度及测定其它通道的流量、进出口温度及压力，从而得到被测换热器的换热量，再根据被测换热器的换热量及被测换热器的结构尺寸，得出一体化通道内柯尔柏传热因子J、范宁摩擦因f及空塔Re的关系，从而得到被测的换热器的一体化通道的传热特性和流动特性。

技术领域

本实用新型涉及电子特气、氢能、及低温制冷技术领域，特别涉及到一体化换热器的流动与传热性能的测试系统。

背景技术

液氢被广泛应用于航空航天、电子特气、精细化工及氢能源等领域，氢有正氢和仲氢两种形态，不同温度下仲氢平衡含量占比不同，常温下，仲氢平衡浓度为25％，而液氢温度(20K)下，仲氢平衡温度达99.8％，若液化过程只进行降温，而不进行正仲氢转化，则所产生的液氢将在第一天蒸发掉18％，因而，在氢液化过程中，必须在降温的同时进行正仲氢转化。

早期建设的氢液化器，将换热器与正仲氢转化器分开，如德国的英戈施坦特液氢工厂等；而近年建设的液氢工厂，则采用换热与正仲转化一体化换热器，如德国的鲁依娜液氢工厂等，正氢向仲氢转化是放热过程，因而在液化降温过程中进行正仲氢转化会增加能耗，转化热随温度的降低而升高，且液化降温过程中，相同热量所对应的冷量火用随温度的降低而升高，且降温是放热过程，绝热转化将升高氢气温度，因而，液化过程中正氢转化为仲氢，要尽量在较高温度下进行，而由于各温度下仲氢平衡浓度的存在，液化过程中正氢向仲氢的转化很难在常温或温度降至液氮温度之前等较高温度下完成，因此，采用边降温边进行正仲氢转化的正仲氢转化与换热一体化换热器比采用降温与转化分开的普通换热器+绝热与定温正仲氢转化器节能。

由于一体化换热器的一体化通道内塞入了催化剂，使一体化通道的流动与传热特性发生了变化，普通空塔通道的J(Re，Pr)和f(Re，Pr)不再适用，加入催化剂后，一体化通道内氢气由管内流动变成了有限空间内绕流多孔介质，目前研究气体在有限空间内绕流多孔介质的理论模型都是基于绕流机理，以多孔介质本身特征尺寸为特征尺寸进行研究的，且理论模型本身有一定误差；而换热器设计则需要以通道的特征尺寸为特征尺寸，因而，有必要通过试验方式测定正仲氢与换热一体化通道的流动与传热特性。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一体化换热器的流动与传热性能的测试系统，该测试系统包括以管路次序连接的氢气压缩模块、氢气纯化模块、测试模块和其他模块；

高压钢瓶内的高纯氢气进行减压后，通入所述氢气压缩模块内进行压缩，同时所述氢气压缩模块测定一体化通道内的氢气流量、进出口温度、压力及仲氢浓度；

压缩后的氢气通入所述氢气纯化模块内纯化；

纯化后氢气通入所述测试模块内，测定其它通道的流量、进出口温度及压力，得到测定数据，根据测定数据得出被测换热器的换热量；根据被测换热器的换热量及被测换热器的结构尺寸，得出一体化通道内柯尔柏传热因子J、范宁摩擦因f及空塔Re的关系，从而得到被测的换热器的一体化通道的传热特性和流动特性。

作为本实用新型的一种改进，所述氢气压缩模块包括：

压缩机，用于压缩氢气，从而构建压差以完成循环；

水冷机，用于将压缩后的氢气冷却至常温；

干燥器，用于对压缩后的氢气进行干燥；

滤油器，用于过滤氢气内油气。

作为本实用新型的进一步改进，所述氢气纯化模块包括：

脱氮器，用于对氢气进行脱氮处理；

除氧器，用于对氢气进行除氧处理。