绝热波纹管内低温流体流动阻力和温度分布测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及低温流体流动与传热特性试验测试装置，尤其是涉及一种绝热波纹管内低温流体流动阻力和温度分布测试装置，属于低温工程与低温技术领域。
【背景技术】
[0002]低温流体流动与传热特性是能源开发、化工冶金、环境保护、医疗卫生、交通运输、空间技术等领域广泛关注的基本性质，新开发的产品通常都需要进行相关的实际测量。尤其是在超导电缆输电、液化天然气及液氢燃料的生产储存和输运等过程中，广泛地涉及到各类管路、阀门、变径等流体器件的流动特性测量。低温流体的输送和作为冷却介质的循环都离不开真空绝热管道，其中柔性波纹管在这类真空绝热管中占有很大比例。设计一种简单可靠的装置能够实现适合多种低温流体在波纹管内特定条件下的流动与传热特性标准化测量具有重要价值。
[0003]公开号为CN102435632A的专利公开了一种低温流体流动沸腾传热特性与压降特性的试验系统，该系统在真空杜瓦内安装电加热设备，主要针对换热器管道内低温流体流动沸腾这一特定条件开展传热与压降特性研宄；它仅对换热器管道进出口进行温度测量，无法实现管道沿程温度测量。此外，其过冷器无法实现77K以下温区的流体预冷。期刊论文“波纹管内流动特性的实验研宄”(工程热物理学报，2008, 10:1725-1727)中公开了一种测量液氮在波纹管内流动阻力的实验装置，设有稳压器使得进入波纹管的流体稳压稳流，具有一定的优势。但该装置不便于替换不同规格的波纹管被测样品，无法改变倾斜角度，未有测量波纹管沿程温度分布，未有改变和检测不同真空度漏热情况下的性能测量等。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种绝热波纹管内低温流体流动阻力和温度分布测试装置，该装置适合多种低温流体绝热波纹管内流动阻力和温度分布测试，装置简单，安全可靠，可实现多种条件下的实验测量，可方便替换被测样品管路样品，不仅给出不同漏热条件下压降特性，而且同步测量实验段的温度分布，更重要的是实现了被测管路在不同倾角下的测量功能。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]一种绝热波纹管内低温流体流动阻力和温度分布测试装置，该测试装置包括通过金属软管相连接的低温自增压储罐、两级过冷器、波纹管实验段、汽化器及气体流量计，
[0007]所述的波纹管实验段包括内波纹管、外波纹管、大直径操作腔及内部填充芯体，所述的外波纹管套设在内波纹管外部，所述的内部填充芯体装填在内波纹管管心处，所述的大直径操作腔位于外波纹管的两端，其中，所述的内波纹管的两端与输送低温流体的金属软管连通，
[0008]在内波纹管和外波纹管之间形成真空绝热空腔，该真空绝热空腔与充排气管路相连通，通过充排气管路调整真空绝热空腔内真空度，
[0009]在所述的波纹管实验段内设置有温度和压力测量单元以及真空度测量单元，通过波纹管实验段内温度、压力与真空度数据获得绝热波纹管内低温流体流动阻力和温度分布。
[0010]在金属软管上设有压力调节阀、流量调节阀、背压调节阀及开关阀，所述的压力调节阀设在低温自增压储罐与两级过冷器之间，所述的流量调节阀设在两级过冷器与波纹管实验段之间，所述的背压调节阀设在波纹管实验段与汽化器之间，所述的开关阀设在汽化器与气体流量计之间。
[0011]所述的两级过冷器分为第一级过冷器和第二级过冷器，第一级过冷器由第一级盘管置于敞口保温不锈钢罐内构成；第二级过冷器由密闭的广口杜瓦、置于广口杜瓦内的第二级盘管，以及与广口杜瓦内部连通的机械泵组成了，所述的第一级盘管与第二级盘管顺序串联在金属软管上。根据两级过冷器来获得过冷状态的低温流体，其中第一级过冷器在常压下完成大部分的热量交换，第二级过冷器在抽真空的条件下可以实现进一步的过冷换热。
[0012]所述的内部填充芯体用于模拟内波纹管内插入物，所述的内部填充芯体通过聚四氟乙烯螺旋支撑结构固定于内波纹管管心，既耐温，又进入流动阻力极小，更方便于拆卸替换。
[0013]所述的大直径操作腔通过卡箍与外波纹管连接，使得大直径操作腔内部与内波纹管和外波纹管之间形成的真空绝热空腔相连通，所述的内波纹管的两端与大直径操作腔内的连接管通过卡套接头连接，大直径操作腔内的连接管与金属软管连通，在内波纹管和外波纹管之间形成的真空绝热空腔内填充多层绝热材料。通过打开该大直径操作腔可实现内波纹管的卡套连接操作，以便灵活拆装和更换被测波纹管和管芯样品，从而实现被测波纹管和管芯样品的不同规格替换实验。
[0014]所述的充排气管路与大直径操作腔内部相连通，在充排气管路上设有真空泵与真空阀，并在充排气管路上设置充气截止阀。
[0015]所述的温度和压力测量单元包括差压变送器、底部温度传感器及顶部温度传感器，所述的差压变送器的两端与内波纹管的两端连通，所述的差压变送器实现微压差测量，所述的底部温度传感器等间隔均匀安装在内波纹管的竖直方向的底部外表面，所述的顶部温度传感器等间隔均匀安装在内波纹管的竖直方向的顶部外表面；
[0016]所述的真空度测量单元包括与大直径操作腔内部连接的真空规和数显真空计，通过真空规和数显真空计获取内波纹管和外波纹管之间形成的真空绝热空腔的真空度，通过改变真空度变更波纹管绝热情况，模拟常年运行的低温管路不同程度的漏气工况，可用于监测不同真空度下试验波纹管内的流动和传热特性。
[0017]所述的差压变送器、底部温度传感器及顶部温度传感器均与数据采集卡连接，该数据采集卡与计算机连接，计算机根据由差压变送器、底部温度传感器及顶部温度传感器获得的温度、压力数据，获得绝热波纹管内低温流体流动阻力和温度分布。
[0018]所述的波纹管实验段安放在支撑基座上，所述的支撑基座为两段式可升降支架，包括底座、中间可伸缩支架及可拉伸铰链，所述的中间可伸缩支架设在底座的中部，所述的可拉伸铰链设有两个，其一端连接在底座的左端或右端，另一端同时与中间可伸缩支架的顶端铰接；通过调整可拉伸铰链的角度实现支撑基座弯角变形，用于不同倾角下绝热波纹管内低温流体流动阻力和温度分布测试。
[0019]与现有技术相比，本发明装置适合多种低温流体绝热波纹管内流动阻力和温度分布测试，装置简单，安全可靠，可实现多种条件下的实验测量，可方便替换被测样品管路样品，通过本发明装置不仅给出不同漏热条件下压降特性，而且同步测量实验段的温度分布，更重要的是实现了被测管路在不同倾角下的测量功能。
【附图说明】
[0020]图1为本发明测试装置的结构示意图；
[0021]图2为本发明测试装置波纹管实验段的局部放大图；
[0022]图3为本发明测试装置支撑基座的升降状态示意图。
[0023]图中标号:I为低温自增压储罐，2为压力调节阀，3为不锈钢罐，4为第一级盘管，5为广口杜瓦，6为第二级盘管，7为机械泵，8为流量调节阀，9为大直径操作腔，10为卡套接头，11为内波纹管，12为卡箍，13为外波纹管，14为真空规，15为内部填充芯体，16为差压变送器，17为底部温度传感器，18为顶部温度传感器，19为背压调节阀，20为汽化器，21为开关阀，22为气体流量计，23为充气截止阀，24为真空阀，25为真空泵，26为数据采集卡，27为计算机，28为底座，29为中间可伸缩支架，30为可拉伸铰链。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0025]实施例
[0026]一种绝热波纹管内低温流体流动阻力和温度分布测试装置，如图1、图2所示，该测试装置包括通过金属软管相连接的低温自增压储罐1、两级过冷器、波纹管实验段、汽化器20及气体流量计22，在金属软管上设有压力调节阀2、流量调节阀8、背压调节阀19及开关阀21，压力调节阀2设在低温自增压储罐I与两级过冷器之间，流量调节阀8设在两级过冷器与波纹管实验段之间，背压调节阀19设在波纹管实验段与汽化器20之间，开关阀21设在汽化器20与气体流量计22之间。
[0027]两级过冷器分为第一级过冷器和第二级过冷器，第一级过冷器由第一级盘管4置于敞口保温不锈钢罐3内构成；第二级过冷器由密闭的广口杜瓦5、置于广口杜瓦5内的第二级盘管6，以及与广口杜瓦5内部连通的机械泵7组成了，第一级盘管4与第二级盘管6顺序串联在金属软管上。根据两级过冷器来获得过冷状态的低温流体，其中第一级过冷器在常压下完成大部分的热量交换，第二级过冷器在抽真空的条件下利用饱和蒸汽压对应唯一饱和温度的原理可以实现进一步的过冷换热。
[0028]其中，波纹管实验段包括内波纹管11、外波纹管13、大直径操作腔9及内部填充芯体15，外波纹管13套设在内波纹管11外部，内部填充芯体15用于模拟内波纹管11内插入物，内部填充芯体15通过聚四氟乙烯螺旋支撑结构固定于内波纹管11管心，既耐温，又进入流动阻力极小，更方便于拆卸替换。大直径操作腔9位于外波纹管13的两端，大直径操作腔9通过卡箍12与外波纹管13连接，使得大直径操作腔9内部与内波纹管11和外波纹管13之间形成的真空绝热空腔相连通，内波纹管11的两端与大直径操作腔9内的连接管通过卡套接头10连接，大直径操作腔9内的连接管与金属软管连通，在内波纹管11和外波纹管13之间形成的真空绝热空腔内填充多层绝热材料。通过打开该大直径操作腔9可实现内波纹管11的卡套连接操作，以便灵活拆装和更换被测波纹管和管芯样品，从而实现被测波纹管和管芯样品的不